Saber Electrónica 262 Ed. Argentina

SABER

EDICION ARGENTINA

ELECTRONICA

Año 22 - Nº 262 MAYO 2009

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www.webelectronica.com.ar www.webelectronica.com.ar SECCIONES FIJAS Sección del Lector

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ARTICULO DE TAPA Pañol de electrónica. Implementación de instrumentos por computadora

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MONTAJES Placa de interfase para tener un osciloscopio en una PC Tarjeta entrenadora para PICAXE-40 Receptor para banda ciudadana Cable de datos para OBD2 Osciloscopio de media frecuencia

21 30 44 57 60

MANTENIMIENTO DE COMPUTADORAS Linux en una tostadora

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SERVICE Curso de funcionamiento, mantenimiento y reparación de amplificadores de audio digitales - Lección 12 Proyecto de un amplificador PWM. Los parlantes digitales

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CUADERNO DEL TECNICO REPARADOR Técnicas de liberación y flasheo de celulares. PANTECH y SAGEM Mediciones de audio digital con la sonda de temperatura

49 55

MICROCONTROLADORES Telecarfa AVR. Aplicación para programar AVR de ATMEL

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LIBRO DEL MES CLUB SE 52. Circuitos integrados lineales & Lógica digital

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AUTO ELECTRICO OBD II: Diagnóstico a bordo de vehículos. La electrónica en el funcionamiento del motor

Distribución en Capital Carlos Cancellaro e Hijos SH Gutenberg 3258 - Cap. 4301-4942

Distribución en Interior Distribuidora Bertrán S.A.C. Av. Vélez Sársfield 1950 - Cap.

I m p res ión: WEBEN S. A. - Moreno 165 - Lanús- Bs. As. - Arg e n t i n a

Uruguay RODESOL SA Ciudadela 1416 - Montevideo 901-1184

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Publicación adherida a la Asociación Argentina de Editores de Revistas

EDICION ARGENTINA - Nº 262

DEL DIRECTOR AL LECTOR

Director Ing. Horacio D. Vallejo Producción José María Nieves Columnistas: Federico Prado Luis Horacio Rodríguez Peter Parker Juan Pablo Matute

¡QUÉ CONFUSION!

En este número:

Ing. Alberto Picerno Ing. Ismael Cervantes de Anda Ing. Luis Roberto Rodríguez Enrique Célis

EDITORIAL QUARK S.R.L. Propietaria de los derechos en castellano de la publicación mensual SABER ELECTRONICA Herrera 761 (1295) Capital Federal T.E. 4301-8804 Administración y Negocios Teresa C. Jara Staff Olga Vargas Hilda Jara Liliana Teresa Vallejo Mariela Vallejo Diego Vallejo Ramón Miño Ing. Mario Lisofsky Fabian Nieves Sistemas: Paula Mariana Vidal Red y Computadoras: Raúl Romero Video y Animaciones: Fernando Fernández Legales: Fernando Flores Contaduría: Fernando Ducach Técnica y Desarrollo de Prototipos: Alfredo Armando Flores Atención al Cliente Alejandro Vallejo [email protected] Internet: www.webelectronica.com.ar Club SE: Luis Leguizamón Editorial Quark SRL Herrera 761 (1295) - Capital Federal www.webelectronica.com.ar La Editorial no se responsabiliza por el contenido de las notas firmadas. Todos los productos o marcas que se mencionan son a los efectos de prestar un servicio al lector, y no entrañan responsabilidad de nuestra parte. Está prohibida la reproducción total o parcial del material contenido en esta revista, así como la industrialización y/o comercialización de los aparatos o ideas que aparecen en los mencionados textos, bajo pena de sanciones legales, salvo mediante autorización por escrito de la Editorial. Tirada de esta edición: 12.000 ejemplares.

Bien, amigos de Saber Electrónica, nos encontramos nuevamente en las páginas de nuestra revista predilecta para compartir las novedades del mundo de la electrónica. En la sección del Técnico Reparador de esta edición hago una introducción en la que comento que estuve mirando un noticiero de la televisión Argentina en el que periodista presentaba un informe sobre “la mafia de los liberadores”. Explicaba que en Argentina se roban más de 5000 teléfonos al mes y que la gente en general los denuncia como perdidos en lugar de efectuar la denuncia por robo. También comentaba que los teléfonos robados se venden a personas que realizan la liberación del aparato raspando no se qué cosa y colocando no se qué chip misterioso… y, por si eso fuera poco, decía que “raspan” un número vaya a saber dónde, colocando en su lugar el de otro usuario; por lo cual el móvil, indefectiblemente, dejaba de funcionar a los tres meses… Lo que me preocupa de dicho informe es que si yo, que “juego” (estudio y/o tomo experiencia) con teléfonos celulares desde hace más de 10 años, no entendí lo que se trataba de indicar en dicho informe, entonces ¡qué habrán entendido los que miraron el programa y no poseen conocimientos técnicos! C reo que, en general, hay una confusión muy grande y desinformando se contribuye aún más con la ignorancia, por eso, constantemente trato de pensar muy bien antes de escribir, de modo de no formar “falsas expectativas” o ideas erróneas en la mente del lector. Estimado amigo, NO SE ASUSTE… liberar un móvil no constituye delito y aprender a hacerlo “a conciencia” tampoco ya que “el saber no ocupa lugar y la única manera de combatir la ignorancia es capacitándonos”. Para saber qué se puede y qué no se debe hacer, en estos momentos estamos preparando un texto sobre pericias en telefonía celular y lo hacemos en conjunto con efectivos de la Policía de Santa Fe, con el objeto de generar un MANUAL de consulta que intente aclarar las dudas que se le puedan presentar. ¡Hasta el mes próximo!

Ing. Horacio D. Vallejo

ARTÍCULO

DE

TAPA

Pañol de Electrónica

Hoy en día existe una gran cantidad de soluciones para que una computadora de mesa pueda convertirse en un instrumento electrónico. La mayoría son programas que emplean la placa de sonido como elemento de adquisición de datos o placa de entrada y, por lo tanto, poseen limitantes tanto en la tensión y frecuencia de la señal a medir como en dichos valores de las seña les que son capaces de generar. Para solucionar este inconveniente, se emplean circuitos (tarjetas) de interfase de entrada y/o salida que amplían las características del instrumento. Desde Internet se pueden descargar una serie de aplicaciones gratuitas muchas de las cuales son muy limitadas pero también existen programas con licencia “aceptable” que realmente funcionan muy bien. Entre los instrumentos que pueden “crearse” con una computadora normal de mesa tipo PC podemos mencionar: Analizador de Espectros Frecuencímetro Generador de Funciones Osciloscopio Sin dudas, el instrumento más atractivo para el técnico en electrónica es el osciloscopio y es por eso que, si bien describiremos diferentes aplicaciones, nos centraremos en el Osciloscopio para que Ud. tenga herramientas económicas de muy buen desempeño. También le brindamos el cir cuito de una interfase para la entrada de cada canal. Por Horacio Daniel Vallejo e Ismael Cervantes de Anda [email protected], [email protected]

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Artículo de Tapa Introducción Contar con instrumentos que permitan medir las diferentes características de una señal con cierta precisión es un sueño de todo técnico en electrónica. Generalmente, la adquisición de un osciloscopio que permita desarrollar la tarea profesional con cierta facilidad, es un lujo que no todos pueden darse ya que este instrumento puede costar, como mínimo, entre 400 y 500 dólares cuando nos referimos a un equipo analógico de ancho de banda limitado. Sin embargo, para la mayoría de las aplicaciones (aún en reparación de televisión) las señales que deben analizarse poseen frecuencias de barrido horizontal o vertical, es decir, con un osciloscopio de audio es suficiente. Ahora, para aplicaciones en comunicaciones se debe contar con un frecuencímetro y un analizador de espectros y este último suele tener un costo muy superior que el de un osciloscopio. Pensando en todo esto, y teniendo en cuenta la gran cantidad de programas inútiles que hay por Internet, decidimos preparar el siguiente informe y ofrecerle herramientas gratuitas o de bajo costo que Ud. puede bajar de nuestra web. Todos los archivos mencionados en este artículo puede descargarlos desde www.webelectronica.com.ar, para ello debe dirigirse al ícono password e ingresar la clave ¨pañol¨. Aclaramos que la mayoría son software de uso libre o gratuitos pero otros poseen licencia y deberán adquirirla con el fabricante. Editorial Quark, propietaria de Saber Electrónica, ha alcanzado acuerdos con algunas empresas para que sus lectores puedan utilizar algunos programas sin cargo alguno, siempre que se comprometan a darle uso con fines de investigación, estudio y desarrollo, pero no para fines comerciales. Por tal motivo rogamos que lea atentamente las condiciones de uso de cada programa antes de descargarlos. Si Ud. es socio del Club Se habrá recibido varios mails en los que le ofrecíamos un paquete eduactivo completo a un bajo costo (lo publicitamos con la frase: “Tenga un Osciloscopio por sólo $120”); dicho paquete está compuesto por textos, videos y Cds con programas para instalar en su PC que ya incluyen la licencia de uso. A continuación describiremos algunos de los instrumentos ofrecidos en dicho paquete y luego, si lo desea, podrá adquirir la licencia del que le interese con el fabricante o podrá descargar de nuestra web aquellos que sean de uso libre y/o gratuito.

El Analizador de Espectros El analizador de espectros es un instrumento de medición por medio del cual, es posible observar las dis-

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Figura 1 tintas componentes que conforman al espectro de alguna señal que se encuentre bajo estudio (figura 1). Se trata de un instrumento muy parecido a un osciloscopio, pero aporta sus detalles de manera particular, por lo tanto, para comprender la información que reporta es necesario saber que para la lectura de los parámetros que aparecen en su gratícula (pantalla), se tiene que identificar al eje de las ordenadas (eje de las X’s), en el cual se muestra el contenido “espectral” de la señal, que normalmente emplea una escala logarítmica en dB. Por otra parte, cuando observamos con detalle el correspondiente eje de las abscisas (eje de las Y’s), nos encontramos con la magnitud de frecuencia a la cual se encuentra trabajando la señal bajo estudio, y que a su vez nos reporta los distintos valores de frecuencia en donde se encuentran los armónicos derivados de la frecuencia principal, que entre otras aplicaciones nos sirve para medir la magnitud de la onda estacionaria, presente en la señal bajo estudio. Normalmente los analizadores de espectro electrónicos utilizan de manera muy generalizada la transformada rápida de Fourier (FFT) como método para transformar una forma de onda determinada, en sus componentes dentro del espectro de frecuencias. Los parámetros más importantes que reporta un analizador de espectros y que pueden ser modificados por el usuario, son el SPAN o rango de frecuencias a representar en pantalla y también la amplitud de referencia, por medio de la cual se permite variar el rango de tensiones de la señal de entrada y el margen dinámico de visualización de las mismas. Algunas aplicaciones en donde se utiliza un analizador de espectros es en ajuste de sintonizadores, medición de EMI (emisiones electromagnéticas), comunicaciones wireles (inalámbricas), dispositivos de control remoto, telefonía celular, diseño de circuitos de RF, WLAN, micrófonos inalámbricos, receptores GPS, antenas, etc. A continuación se describen 2 analizadores de espectros que pueden ser implementados en una PC por medio de software específico.

Artículo de Tapa

Figura 2 1) “LF SPECTRUM ANALYSER V1.1” empleando la tarjeta de sonido Sound Blaster 16 (SB16 SOUND CARD). Desarrollado por Henk Thomassen (c) June 1996. Este analizador de espectros opera en bajas frecuencias dentro del rango de 0 a 20kHz, ya que emplea como elemento de toma de muestras a la tarjeta de sonido SB16 o tarjetas 100% compatibles con el formato AWE32. El analizador de espectros se activa ejecutando el programa “FFT.EXE” (bájelo a partir del link dado en nuestra web, con los datos brindados más arriba) el cual se trata de una aplicación de uso libre que puede ser empleado inclusive para modificar el código fuente que le acompaña, recordando que todo esto es con fines libres de lucro, o dicho en otras palabras “no comerciales”, figura 2. Para emplear el programa se deben seguir los siguientes pasos: Crear una carpeta en el disco duro (por ejemplo C:\FFT). Acceder a la nueva carpeta (C:\FFT). Copiar el archivo FFT.EXE. Ejecutar el programa FFT.EXE. Requerimientos Mínimos Para que el programa pueda trabajar adecuadamente, se requiere que el sistema cuente con lo siguiente; microprocesador a partir de 386 en adelante, por lo menos monitor VGA (640 x 480 puntos, 16 colores). Sistema operativo a partir de win98. Tarjeta de sonido compatible con SB-16. Descripción de los Controles El programa es operable casi totalmente por medio del ratón, teniéndose como teclas activas las que a continuación se describen:

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F2: Guarda en el archivo FFTxxxx.PCX la imagen de la pantalla en blanco y negro. Alt-F2: Guarda en el archivo FFTxxxx.PCX la imagen de la pantalla en color. F3: Salir del programa o del modo de congelación. La mayoría de los controles se utilizan por medio del botón izquierdo del ratón, mientras el cursor este apuntando a un botón de control, que se encuentran en la imagen del analizador de espectros, cuya descripción se encuentra a continuación: Y-Escala +/-: Aumenta o disminuye los valores de la escala Y. Y-Escala Log/Lin: Cambia entre escala logarítmica (dBm) o escala lineal (mW). X-Escala +/-: Aumenta o disminuye los valores de la escala Y. Mode (botón superior): Selecciona tipo de ventana. Mode (botón de en medio): Selecciona desplegar en pantalla los modos de visualización Absoluto/Real/Imaginario/Argumento. Modo (botón inferior): Cambia el modo de visualización entre Spectrum y Scope. En el modo Scope los controles menos relevantes son desactivados. Display (botón superior): Indicador de pico (Peak) encendido/apagado. Display (botón de en medio): Selecciona entre líneas o puntos en la imagen de la pantalla. Display (botón inferior): Función de refrescamiento de datos on/off. Exit: Sale del programa. Up/Down: Mueve la imagen Arriba/Abajo en la pantalla. SB16 controls: Manipula los controles relevantes del mezclador de la tarjeta de sonido. SB Control Todos los controles del mezclador de la tarjeta SB16 son directamente accesibles desde la interfaz de usuario que se encuentra en la aplicación, ya que el programa FFT comprueba el medio ambiente de la tarjeta de sonido SOUND BLASTER, por lo que verifica las variables que corresponden al puerto de control para la configuración de la tarjeta de sonido, tales como el canal DMA. Si la tarjeta Sound Blaster no se encuentra instalada, la configuración que adoptara la aplicación FFT, será tomada como estándar, por lo que se utilizarán los valores Port = 0x220, DMA bajo = 1, DMA alto = 5). Para un funcionamiento normal se requiere la tarjeta SB16, pero el programa se ejecutará con el mezclador del panel con los comandos de la SB16 desactivados. A continuación se muestra la descripción de los controles de la tarjeta SB-16: Input Selection: Por medio del botón izquierdo del

Artículo de Tapa ratón en el recuadro pequeño identificado como línea/cd/mic, se selecciona el canal de entrada, identificándose la selección realizada por medio de la iluminación en color verde el recuadro. No es posible utilizar al mismo tiempo las diferentes entradas de manera simultánea, debido a las diferencias existentes entre las ganancias de las señales de línea/cd/mic. El empleo al mismo tiempo de las entradas derecha e izquierda de un canal no tiene problema. Output Selection: Por medio del botón izquierdo del ratón, se controlan todos los canales que se pueden conectar con la salida de la tarjeta de sonido. Volume control: El volumen puede ser ajustado por medio del control de entrada de canal línea/cd/mic y por los canales de salida, moviendo la barra deslizante. Cuando cambie la magnitud del control de volumen en la pantalla, se ajustarán de manera automática los valores que se muestran en la imagen. Gain setting: Existe un ajuste de ganancia para cada entrada y salida (x1, x2, x4, x8) que aparece en el analizador de espectros. Mediciones Sobre la Imagen de la Pantalla Si el cursor del ratón se coloca sobre la imagen de la pantalla, y se oprime el botón izquierdo, la imagen se congela pudiendo realizar mediciones colocando el cursor del ratón sobre los puntos específicos que se quieran analizar. Si se oprime por segunda vez el botón izquierdo del ratón sobre la imagen ya congelada, se desplegarán los valores relativos con respecto de la posición del cursor. Para descongelar la imagen se tiene que presionar el botón derecho del ratón, para que nuevamente se tomen una serie de muestras. Modo Scope El propósito de la aplicación del modo scope es verificar si la magnitud de la señal de entrada se encuentra limitada ya sea por el DAC o por las entradas de los amplificadores de la tarjeta de sonido. La limitación por medio del DAC es claramente visible en la pantalla del analizador de espectros, pero al limitar la entrada con los amplificadores (que tal vez son de protección) sólo distorsiona la señal (por la tarjeta SB-16 ocurre para las señales mayores a 1,2 Veficaz). Input: Internal (Entrada: Interna) El programa FFT.EXE incluye una función simple que genera una señal senoidal rectificada, además de algo de ruido, para poder mostrar una imagen en la pantalla, si es que no se cuenta con una tarjeta de sonido en la PC. Cabe aclarar que por la presente aplicación, no se tendrá responsabilidad alguna por los daños causados ya sea por el uso adecuado o inadecuado. El presente pro-

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grama se distribuye “tal cual” sin garantía expresa o implícita. Por lo que nadie será responsable por cualquier pérdida de información o daño en la PC donde se instale, ya sea directa o indirectamente, por el uso de este producto. La utilización de la presente aplicación se encuentra totalmente bajo el riesgo de quien lo desee utilizar.

2) “SPECTROGRAM V4.1.2” Desarrollado por Richard Horne Este programa, que actúa como un analizador de espectros instalado en una PC, tiene como principio de operación lo siguiente: la mayoría de los sonidos ordinarios son complejas combinaciones de los distintos componentes de frecuencia o armónicos con una amplia gama de frecuencia e intensidad. El espectrograma que se obtiene con la presente aplicación es simplemente una muestra de la frecuencia con sus respectivas componentes de una señal de audio en función del tiempo. En el analizador de espectros presente se analizan grabaciones de audio digital (formato PCM), para producir una relación del valor de la frecuencia frente al tiempo, con intensidad armónica representada por un color variable en la escala. Los espectrogramas resultantes muestran la fascinante estructura oculta de las frecuencias de las señales de audio, y puede ser empleado para identificar o clasificar los sonidos particulares (figura 3). El programa SPECTROGRAM V4.1.2 emplea como base fundamental, la herramienta matemática conocida como transformada rápida de Fourier (FFT), para precisamente realizar el análisis de frecuencias. Las FFT suelen ser especificadas por el número de puntos que a la entrada son utilizados para cada cálculo, que siempre son términos que se dan en potencias de dos (512, 1024, 2048, etc).

Figura 3

Implementación de Instrumentos Electrónicos Mediante PC

Figura 5

Figura 4 La frecuencia de resolución de un espectro siempre está en función de la tasa de muestreo digital de la señal de audio, dividido entre el número de puntos que a la entrada se tomaron en la operación FFT. Cuanto mayor sea el número de puntos de datos, será más fina la resolución de la frecuencia. La frecuencia máxima calculada por la FFT y el límite superior de frecuencia del espectrograma tendrá como referencia a la mitad de la tasa de muestreo digital que fue utilizado (figura 4). La elección de la tasa de muestreo depende totalmente de la frecuencia más alta de la señal de audio que se analizará. Teniéndose como regla de oro la de “usar una frecuencia de muestreo que sea el doble del valor de la frecuencia más alta en la señal de audio”. Es decir, si se espera no tener componentes de frecuencia por arriba de 11kHz, con la tasa de muestreo de 22kHz será suficiente. El programa Spectrogram nos proporciona dos modos básicos de operación, que son el de “Analizar” y “Buscar”, para obtener mayor información en cuanto a la operación completa del software, se recomienda instalar el programa y leer el correspondiente archivo de ayuda. En resumen se trata de un analizador de espectros que trabaja con el rango de frecuencias que va de 0 a 20kHZ, ya que emplea la tarjeta de sonido de una PC, por lo tanto se requieren de las siguientes características en una PC: Sistema operativo a partir de Windows 95 o Windows NT 4.0., mínimo 16MB o más de memoria RAM, monitor y tarjeta de video mínimo VGA (256 colores).

Frecuencímetro Se trata de un contador de “pulsos”, para que de manera indirecta se obtenga un valor de frecuencia, el presente frecuencímetro toma como base, la tarjeta de

sonido de una PC, por lo que su ancho de banda no es muy amplio, pero en la mayoría de las aplicaciones es suficiente como para contar con un frecuencímetro en nuestra casa. El archivo que hemos analizado y que puede descargar de nuestra web es el Frecuency Counter 1.01 (figura 5). En el link que proveemos también encontrará versiones superiores con licencia “No Comercial”, pero recomendamos comenzar a utilizar este programa para aprender a usarlo y luego ensayar versiones superiores que le ofrecerán más prestaciones. El frecuencímetro que se describe, tiene como controles básicos el ajuste del Timer y el Trigger, para realizar la medición de la frecuencia de una determinada señal, siempre y cuando esta tenga una frecuencia de operación que se encuentre dentro del rango de 0 a 20kHz.

Generador de Funciones 1) “BIP Electronics Lab Sine Wave Generator - 3.0”. El generador BIP (figura 6), desarrollado por [email protected], proporciona una señal que trabaja por medio de ondas sinusoidales y también puede descargarse desde el link provisto en nuestra web. El laboratorio de electrónica de software BIP, desarrolla aplica-

Figura 6

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Artículo de Tapa ciones para utilizar el hardware de cualquier PC estándar y son totalmente gratuitos, disponibles a través de Internet. El generador de onda sinusoidal BIP utiliza la tarjeta de sonido como salida de la señal sinusoidal. El generador de señales tiene las siguientes propiedades:

prueba de audio, se pueden encontrar diversas señales a diferentes frecuencias empleando la tarjeta de sonido, que se encuentra instalada en la PC, para producir las señales senoidales que matemáticamente son correctas. Dicha fidelidad dependerá en todo momento de la calidad de la tarjeta de sonido.

Frecuencia de muestreo: El oscilador emplea automáticamente la máxima frecuencia de muestreo disponible en la salida que sea seleccionada, como se emplea una tarjeta de sonido, por lo general el máximo es de 44kHz, pero las personas podrán escuchar como máximo 22kHz (si los oídos están sanos), pero se puede emplear como un generador sin problema. Impedancia de salida: Es la misma que presenta una tarjeta de sonido, que normalmente es muy baja (lo cual representa un parámetro muy bueno), a fin de poder conectar un altavoz (que no es necesario para esta aplicación si es que sólo se quiere escuchar un tono). Precisión: El generador utiliza 8-bits para generar las muestras que componen a la señal de onda sinusoidal. La onda sinusoidal se crea utilizando un algoritmo secreto que hace uso especial de instrucciones de punto flotante en el microprocesador.

Modos de operación: SweepGen tiene 3 modos de operación: Frecuencia fija (sin barrido). Barrido simple lento que dura alrededor de 45 segundos, para poder grabar la señal en una cinta para su posterior análisis. Barrido rápido, dura alrededor de 0.75 segundos, para su empleo por medio de un osciloscopio para su posterior análisis. En el modo de barrido rápido, se puede seleccionar entre valores de frecuencias continuas o valores de frecuencias entrecortadas, teniendo un ciclo útil con un valor de 3 a 1 con respecto del estado lógico “0”. En ambos modos de operación por barrido, se puede seleccionar entre valores de frecuencias con desplazamiento logarítmico, o lineal, utilizándose el modo “log” para examinar respuestas de frecuencia que cambian de valor muy rápido, mientras que el modo “lineal” es conveniente utilizarlo para analizar la banda de frecuencia en que trabajan los filtros. Rango de frecuencias: Puede ser programado cualquier rango de frecuencias en el barrido, pero si es necesario determinar los valores mínimo y máximo de operación, necesitamos recordar que este generador opera con la tarjeta de sonido de la PC, por lo tanto opera entre el valor que va de 0 a 20kHz. Para obtener respuestas convenientes, existen 4 rangos de frecuencias predefinidas que se encuentran de acuerdo con lo siguiente:

No tiene caso adquirir un generador comercial, con especificaciones mucho más altas a las mostradas aquí, ya que el generador BIP desarrollado por el laboratorio de Software, esta diseñado para aquellos aficionados que quieren experimentar un poco con un dispositivo de aplicación electrónica antes de comprar un equipo costoso.

2) “SweepGen - An Audio Sweep Generator” El generador de funciones “SweepGen” (figura 7), desarrollado por David J Taylor, enciende el equipo de sonido de la PC, junto con el oscilador y generador de barrido de frecuencias. Al igual que los instrumentos de

Wide: HF: Speech: LF:

20Hz a 20kHz 1kHz a 15kHz 300Hz a 3kHz 50Hz a 1kHz

Niveles de salida: Existen una serie de valores que pueden ser seleccionados, que van de 0 dB a -20dB. Teniéndose una breve fracción de segundo como retardo en lo que se refresca al nuevo valor al que fue seleccionado el control.

3) Audacity Figura 7

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Desde la página del autor pueden descargarse versiones tanto para Windows como para Mac, nosotros

Implementación de Instrumentos Electrónicos Mediante PC

Figura 8

descargamos la versión 1.2.6 a cuyo link puede acceder desde nuestra web con los datos brindados al comienzo de esta nota. Una vez instalado el programa pulse en el icono correspondiente y aparecerá una pantalla como la indicada en la figura 8. Se trata de un programa que genera señales de audio y graba tonos MP3. Para generar tonos de audio ingrese en Generar > Tono > Sinusoide y luego seleccione las características del tono. Por defecto está ajustado en 440Hz, con la amplitud máxima (1) y 30 segundos de duración. Si en esas condiciones pulsa la tecla de reproducción aparece un tono de 440Hz en ambos canales de la salida de audio de la plaqueta de audio de su PC. Si tiene conectados los parlantes puede realizar la prueba y escuchar el tono. Mientras se genera la señal aparece un oscilograma de la misma generada en un osciloscopio que se maneja tanto en ganancia horizontal como vertical. En principio para analizar el eje horizontal con más facilidad vamos a cambiar la frecuencia del tono por otro de 1kHz que tiene un período exacto de 1 ms. Tome el cursor de tiempo que está debajo del osciloscopio y muévalo para observar diferentes zonas de los 30 segundos que dura el tono. Por defecto, la frecuencia de barrido es muy baja y no se llegan a observar las sinusoides. Pulsando en la lupa (+) que está arriba del osciloscopio se puede abrir la imagen hasta que se observe cada ciclo separadamente. Ahora el cursor permite ajustar el comienzo del tono y observar por ejemplo que los máximos se producen exactamente cada 1 ms, tal como mues-

tra la figura 9. Observe que a los 0 segundos comienza la señal con un flanco positivo partiendo de 0 y cuando vuelve a pasar por cero con la misma dirección el tiempo es de 1 ms o 0,00100 segundos. Para aumentar el tamaño vertical de la imagen haga click sobre el borde inferior del osciloscopio y arrastre hacia abajo. Observe bien el oscilograma; cada 80µs hay un puntito. Esos puntitos marcan el momento de realizar un muestreo de la señal analógica de entrada. En este caso particular de generar señales con una forma determinada (senoidal, triangular, cuadrada) no hay señales de entrada sino funciones, que se generan matemáticamente. Pero de cualquier modo las funciones no dan valores continuos sino muestreados cada cierto tiempo que depende de la frecuencia de muestreo. El ejemplo tiene las características de una codificación de CD; es decir 16 bits, y una frecuencia de muestreo de 44.100Hz. Estos valores se pueden observar en el tablero a la izquierda del oscilograma en donde además se agrega mono que significa que los dos canales de la plaqueta de audio tie-

Figura 9

Figura 10

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Artículo de Tapa nen el mismo tono de 1kHz con la misma amplitud (el valor máximo de 1 que corresponde con el 0dBm o 660mV eficaces). Para poner una frecuencia de muestreo más baja se selecciona la tecla marcada “pista de audio” a la izquierda del oscilograma y se elige una frecuencia de muestreo de por ejemplo 8000Hz, tal como muestra la figura 10. En dicha figura vemos que las muestras están mucho más separadas y que la señal de 1kHz está algo deformada. Sin embargo en el tono que sale por los parlantes (bocinas) no se aprecia prácticamente ninguna distorsión. Un muestreo de 8kHz para una señal de 1kHz genera 8 puntos de inflexión por cada período de la señal muestreada. En efecto, cuente los puntos de inflexión y verá que hay exactamente 8. La distorsión, según nos cuenta el Ing. Picerno, se debe a que la computadora genera las señales senoidales con una aproximación lineal; es decir con líneas rectas. Si utilizo una frecuencia de muestreo de 11.500Hz para ver una señal de 8kHz el resultado es el que muestra la figura 11. El teorema del muestreo dice que la frecuencia de muestreo debe ser por lo menos el doble que la máxima frecuencia a reproducir y por eso el estandar CD utiliza una frecuencia de muestreo de 44.100Hz para reproducir una frecuencia máxima de 20kHz, tal como muestra la figura 12. Como puede observar, la señal se ve bastante distorsionada, sin embargo el oído lo reconoce como senoidal porque no puede escuchar los productos de la distorsión que son todos superiores a 20kHz y por lo tanto inaudibles. El programa permite usar una frecuencia de muestreo de 96.000Hz como máximo, así que puede utilizarla para mejorar la forma de señal, pero luego al grabarla volverá a tener una frecuencia de 44.100Hz como frecuencia de muestreo porque ésa es la norma de CD. También existe otra predisposición que mejora la forma de señal. Es la cantidad de bits a la que se produce la digitalización. Un tono de 20.000Hz a 32 bits se observa como lo indica la figura 13. Esto es lo que genera el programa pero para sacarlo de la PC debe pasar por una placa de sonido y enton-

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Figura 11

Figura 12

Figura 13

ces la señal se ve influenciada por dicho circuito, de modo que no podemos garantizar que no se deforme si dicha placa tiene una frecuencia de muestreo menor o no trabaja a 32 bits.

Osciloscopio 1) “BIP Electronics Lab Oscilloscope - 3.0” El presente osciloscopio, desarrollado por [email protected], es una aplicación que tiene cómo objetivo acercar instrumentos útiles al alcance de todos por medio del empleo de una PC común, recordando que estos programas se encuentran de manera gratuita a través de la Internet.

Figura 12

Este osciloscopio emplea la tarjeta de sonido de la PC, para que se puedan introducir las señales que se requieran analizar, esto significa que la eficacia en la medición que se realice, depende directamente de la calidad que tenga la tarjeta de sonido. Al ejecutar el programa aparecerá una pantalla como la de la figura 14. El osciloscopio posee las siguientes características: Frecuencia de muestreo: De acuerdo con el circuito de interfase con el que se adquieren las señales, se cuenta con un ancho de banda que va de 0 a 44kHz, recordando que es a través de la tarjeta de sonido que se realiza la captura de la señal a medir. Por lo tanto, considerando el teorema de muestreo (también llamado teorema de Nyquist), que dice que el valor de la frecuencia de muestreo debe ser mayor a la frecuencia de la señal que se está midiendo, se recomienda que unicamente se midan señales que trabajan con frecuencias que van de 0 a 22kHz. Impedancia de entrada: La impedancia de entrada es la que nos presenta a la entrada la tarjeta de sonido, pero en algunos casos es importante garantizar que la impedancia de entrada es suficientemente alta, por lo que se puede agregar un resistor con un valor de 470kΩ, conectada en serie con la entrada de la tarjeta de sonido.

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Artículo de Tapa Precisión: Para el procesamiento de la señal, se cuenta con 8 bits para digitalizar las muestras de la señal de entrada, y aunque no es lo más adecuado, se tiene una respuesta óptima, considerando que se tienen resultados fiables.

Figura 15

2)“Oscilloscope for Windows ver sion 2.51” Se trata de un osciloscopio desarrolla do por Konstantin Zeldovich (1996-1997) que funciona para sistemas operativos a partir de Windows 95, el osciloscopio 2.51 es una aplicación que está diseñada para emplearse en computadoras caseras, empleando la tarjeta de sonido como medio para adquirir las señales. El osciloscopio proporciona total funcionalidad de una manera completa y amigable, bajo el entorno de Windows. El presente osciloscopio permite realizar los siguientes análisis de señales: Analizar en tiempo real cualquier señal eléctrica. Medición de frecuencias. Analizar los espectros de señales en tiempo real. Trazar figuras de Lissajous. Como se utiliza la tarjeta de sonido, no es de extrañar que el osciloscopio presente varios inconvenientes, tales como la limitada amplitud en cuanto al voltaje que se pueda medir, además del ancho de banda relativamente bajo que va de 20Hz a 20kHz, y como una de las más importantes, la posibilidad de dañar la PC cuando se conecta a una fuente de señal desconocida. La vista de la pantalla al ejecutar este programa se muestra en la figura 15. Las especificaciones importantes a tener en cuenta, para la operación del presente osciloscopio son:

3) Sound Card Oscilloscope V 1.30 Se trata de un programa que permite obtener un osciloscopio digital con un generador de señales integrado, un analizador de espectros (FFT) y un grabador de archivos de onda. El autor “reafirma” que no es un software gratuito y que para su uso en aplicaciones comerciales se debe tener la licencia correspondiente. Los requerimientos mínimos para su funcionamiento son: Windows 2000, XP o Vista. Una PC con una tarjeta de sonido instalada. 50MB de espacio en disco.

Para la instalación descargue el archivo ZIP desde el link brindado en nuestra página y haga click en “setup.exe”. El programa se puede iniciar a partir de ahí a través del menú de programas del sistema operativo Windows. Este software se puede usar para la presentación y el análisis de ondas sonoras. Los datos se pueden grabar tanto directamente de la tarjeta de sonido (con un micrófono o desde la entrada LINE) como de una fuente tal como un CD o Mediaplayer. La entrada del osciloscopio Osciloscopio de doble trazo, con almacenamiento se define con el mezclador de sonido de Windows, tal digital, además de contar con analizador de espectro en como veremos más adelante. El software obtiene sus tiempo real y medir de correlación. datos desde la entrada de la tarjeta de sonido mediante Longitud del Buffer.- 52 ms la interfaz de Windows. No se comunica directamente con Ancho de banda: 20Hz – 20kHz máx la tarjeta de sonido. Por lo tanto, los problemas que Nivel de entrada: Limitado por la capacidad de la tar - pudiera tener la tarjeta de sonido se deben solucionar a jeta de sonido, que es de aproximadamente 2 Vp-p. nivel del sistema operativo. La interfaz del usuario está Refrescamiento de la imagen: aproximadamente 6 dispuesta como un osciloscopio convencional. Sin fps. embargo, en la ventana del programa, se suministran Almacenamiento de datos: En cualquier medio desde posiciones adicionales para la presentación XY y el anáfloppy disk hasta memorias USB, o como texto en cual - lisis de frecuencia. quier formato de Windows. Cuando instalemos el programa y lo ejecutemos, apa-

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Implementación de Instrumentos Electrónicos Mediante PC recerá la imagen de la figura 16. El software muestra la señal presente en el canal izquierdo y el derecho de la tarjeta de sonido. El canal izquierdo se representa como una línea verde y el canal derecho como una línea roja. En la ventana de la interfaz del usuario hay perillas y ventanas de entrada para las tres funciones siguientes: Amplitud, Tiempo y Disparo. Posiciones de la amplitud: La escala de amplitud de los dos canales se puede establecer independientemente así como en forma conjunta o sincronizada. Este último caso se habilita al comienzo del programa y se puede deshabilitar mediante Figura 16 “Sync CH 1&2” en el panel frontal. En el caso del control de canales independiente, el canal activo tiene que seleccionarse mediante el botón “ Select CH” (ver figura 17). Los valores de amplitud se dan en unidades por división de la pantalla del osciloscopio y se muestran para ambos canales arriba de esta pantalla. El valor de amplitud corresponde al nivel de sonido digitalizado dividido por 32768. Esto representa la resolución en 16 bits de los datos que se toman de la tarjeta de sonido. Debido a las diferentes posiciones del volumen en el panel de control de sonido en Windows el nivel de sonido absoluto no se puede determinar directamente. Por lo tanto, los valores presentados se deben interpretar en unidades arbitrarias. La posición de amplitud se refiere tanto a la ventana del osciloscopio como al gráfico XY. Se puede asignar un corrimiento a cada canal individualmente; de esa manera los dos trazos se pueden separar entre sí, para ello debe hacer un click en uno de los campos de corrimiento y de inmediato aparecerán dos cursores horizontales de modo que al mover uno de ellos se producirá el cambio de posición de la señal mostrada en la pantalla del osciloscopio, también se puede asignar un valor numérico en uno de los campos (figura 18). Si la señal del canal está fuera de la ventana visible de la pantalla, el cursor se mostrará en el borde superior o inferior de la pantalla (dependiendo de dónde está ubicada la señal real). Los cursores desaparecerán automáticamente de la pantalla después de unos pocos segundos de no modificar el corrimiento. Base de tiempo La posición de “Tiempo” se refiere a todo el rango representado y NO al valor por uni-

dad como en un osciloscopio normal. El rango va desde un milisegundo hasta 10000 milisegundos. Cuanto más grande sea el rango, más pequeña es la velocidad de exploración Figura 17 que se utiliza. Esto es inevitable a causa de la extensión del uso de la CPU de la computadora. En la posición de disparo “single” la velocidad de exploración se aumenta de nuevo dado que la utilización de la computadora aquí es menos importante. Disparo Los modos de disparo son “off”, “auto”, “normal” y

Figura 18

Saber Electrónica 15

Artículo de Tapa “single”. Estos corresponden a los modos normales de los osciloscopios. El umbral de disparo se puede ajustar ya sea en la ventana de entrada de selección de disparo o desplazando la cruz amarilla de la ventana del osciloscopio usando el mouse. El tiempo de disparo sólo se puede ajustar desplazando la cruz con el mouse. En el modo de disparo single SHOT la llave RUN/stop se desactiva automáticamente y se requiere una nueva entrada o toma de datos, se debe oprimir nuevamente. El botón “Auto set” dispara el programa para estimar la base de tiempo y el nivel de disparo óptimos. La frecuencia principal que se encuentra en el canal de disparo se usa para obtener la base de tiempo. El umbral se toma de la amplitud de la señal. Si la amplitud es demasiada pequeña, el botón no tiene ningún efecto. Por debajo de 20Hz el resultado no es confiable debido a la limitada ventana de tiempo que se usa para el análisis.

Figura 19

Modo de canal Por defecto, se muestran dos canales en la ventana del osciloscopio. Con la llave de selección de modo en la parte inferior de la ventana del programa, se puede elegir la suma, la diferencia o el producto de los canales. Análisis de los datos En la interfaz del usuario también hay una llave de corrida/detención, la cual se puede usar para interrumpir la toma de datos y dar tiempo para analizar el contenido presente de la ventana. El selector “real time” permite conmutar mediciones en tiempo real de la frecuencia principal, la amplitud pico a pico y el valor eficaz de la señal. El resultado se muestra en el borde superior de la pantalla, tal como puede observarse en la figura 19. Esta medición requiere cierta potencia de la CPU y debe apagarse si se observa cualquier problema. La amplitud o Tiempo/Frecuencia se puede medir con la ayuda de cursores en la ventana del osciloscopio. Los cursores correspondientes se pueden activar mediante la caja selectora debajo de la ventana. Los cursores se pueden desplazar con el mouse. En el modo de amplitud se muestran los valores de los dos cursores así como la diferencia de amplitud, de la forma mostrada en la figura 20. Para el modo de tiempo, la diferencia de tiempo y la frecuencia apropiada se muestran directamente. Los datos también se pueden examinar con mayor detalle usando el zoom. El detalle alrededor de la posición de la línea de disparo perpendicular se aumenta. Desplazando la línea de disparo, se puede cambiar el rango. Gráfico X-Y Aquí se muestran dos canales comparándolos entre sí. Por lo tanto se pueden producir por ejemplo, figuras de

Saber Electrónica 16

Figura 20

Figura 21

Implementación de Instrumentos Electrónicos Mediante PC

Figura 22

Figura 23 Lissajous (figura 21). Para este caso las frecuencias se pueden ajustar en el generador de señales. El cursor encima del gráfico permite cambiar el tiempo de persistencia de los datos mostrados. Para una posición mayor de tiempo, aumenta la ventana de tiempo mostrada en la pantalla. Las señales que cambian rápido se deben mostrar mejor con una persistencia más corta. Los controladores a lo largo de los ejes X e Y permiten un escalamiento del canal apropiado. El rango representado se elige ajustando la perilla de amplitud de la ventana del programa. Análisis de frecuencia En la ventana de análisis de frecuencia, la presentación muestra el resultado del análisis de Fourier del canal seleccionado. El canal se puede elegir con el botón de selección encima de la grilla. Por defecto, el gráfico muestra la amplitud de señales de 0 a 10kHz. La amplitud así como la frecuencia se pueden mostrar con una escala logarítmica. La escala vertical se puede ajustar automáticamente

seleccionando la caja de control de autoescala que está encima del gráfico (vea la figura 22). Se puede realizar un ajuste manual haciendo doble click en el valor máximo o mínimo del eje e ingresando un nuevo valor. Esto se debe hacer sólo si se inhabilita la autoescala. Debajo del gráfico hay una barra rodante y un control de desplazamiento del zoom; permiten cambiar el rango indicado. Estos controles sóo deben usarse si se ha detenido la toma de datos con el botón de corrida/detención. El cursor del zoom muestra detalles del análisis de frecuencia: use el mouse para establecer la línea amarilla perpendicular en la frecuencia de interés y accione el cursor del zoom hasta el detalle deseado. Los dos valores de salida debajo de los cursores muestran la frecuencia en la posición del cursor y el valor de la frecuencia más fuerte encontrada a partir de un análisis armónico de los datos. Note que el análisis de Fourier siempre se basa en datos con una velocidad plena de muestreo de 44,1kHz. Por lo tanto el controlador de tiempo automáticamente salta a un valor predefinido cuando esta ventana está activa. Seleccionando “peak hold” permite almacenar los valores máximos de amplitud del análisis de Fourier. Esto permite mostrar la función de transferencia cuando se usa un generador de ruido blanco (figura 23). Dentro del análisis de frecuencia, también se provee un filtro ajustable de selección de frecuencia (filtro Bessel de décimo orden). Se pueden seleccionar tres tipos de filtros: pasabajos, pasaaltos y pasabanda. Las frecuencias críticas se pueden ajustar con los controles de desplazamiento. Por encima del filtro de selección de frecuencia hay un botón para abrir un control de filtro en una ventana separada. Esta función le permite a uno observar el efecto del filtro directamente en la ventana del osciloscopio. Haciendo doble click en el botón, o cerrando la ventana, se restablecen las posiciones originales. Función de transferencia Además del análisis de frecuencia de un canal individual, es posible medir la función de transferencia. Esta medición usa la relación del Canal 1 y el Canal 2 para determinar la dependencia de la frecuencia con la característica de transferencia. Para obtener la función de transferencia se debe seleccionar una señal de ruido o una onda cuadrada en el generador de señales a fin de cubrir todo el espectro de frecuencia en una sola medición. Alternativamente se puede utilizar un barrido de frecuencia. El Canal 1 debe contener la señal original y el Canal 2 debe contener la señal filtrada. Generador de señales En el programa se integra un generador de señales de dos canales. El generador se puede liberar de la ven-

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Artículo de Tapa tana del programa oprimiendo el botón que se encuentra encima del panel, se desplegará una imagen como la de la figura 24. El generador produce ondas sinusoidales, rectangulares, triangulares y diente de sierra con amplitud variable y frecuencia variable. También se incluye un generador de ruido blanco. Se puede ajustar la fase de la señal. El “modo de barrido” permite el barrido de frecuencia desde la frecuencia principal hasta la frecuencia final en forma continua dentro de la ventana de tiempo especificada. La figura 25 muestra la pantalla generada cuando se ha establecido una señal senoidal automática. Al abrir el generador de señales, se desactivan ambos canales y se deben reactivar mediante un botón en la parte inferior de la ventana. La frecuencia se puede cambiar en pasos de 0,5Hz. La señal generada por medio de este programa se envía directamente a la tarjeta o placa de sonido. Esto debe activarse en el mezclador de sonido del sistema operativo Windows (usualmente designado como “Wave Out”). Si además se activa la grabación de la fuente ”Wave”, las señales se visibilizan en el osciloscopio y se pueden presentar para producir, por ejemplo, figuras de Lissajous. Extras En esta ventana hay algunas posiciones para los dispositivos de audio de Windows. Del lado derecho están los dispositivos de audio para entrada y salida de sonido. Si están presentes varios sistemas de sonido, se puede seleccionar aquí el equipo usado (figura 26). Del lado izquierdo están los botones para iniciar la operación de los mezcladores de audio de Windows. Note que cada opresión de un botón abre una pequeña ventana mezcladora. En los mezcladores se pueden configurar las entradas y las salidas. En la parte inferior de la ventana de posiciones hay un botón para reinicializar las posiciones del programa. Esto incluye todas las posicio-

Figura 25

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Figura 24

nes; cualquier cambio hecho por el usuario hasta ese momento se perderá. El lenguaje del programa se puede cambiar con el botón correspondiente, en el ángulo inferior derecho de la pantalla. Al pulsar el botón se desplegará una imagen como la de la figura 27 en la Figura 27 que puede seleccio-

Figura 26

Implementación de Instrumentos Electrónicos Mediante PC nar el lenguaje, al momento de escribir este artículo aún no se encontraba disponible la opción ESPAÑOL. El cambio del lenguaje se aplicará en el próximo inicio del programa. Para Expertos Solamente Las posiciones normales de la tarjeta de sonido son 44,1kHz con una resolución de 16 bits por muestra. Se pueden establecer mayores velocidades de muestreo y mayores resoluciones de muestreo en el archivo de inicialización “scope.ini” ubicado en el camino de instalación del programa. Los parámetros correspondientes son “SamplingRate” y “Bits”, que se comentan en el archivo original. La mayoría de las tarjetas de sonido corrientes (incluso las versiones ya instaladas) soportan hasta 100kHz y 16 bits. Si la tarjeta de sonido no soporta la velocidad de muestreo y/o la resolución de los bits, se mostrará un mensaje de error al comienzo del programa. Un parámetro adicional en el archivo scope.ini es “MaxFrequency”, el cual determina el valor máximo de la frecuencia mostrada en el análisis de Fourier. El valor por defecto es 20kHz. Información adicional: Tenga presente que una alta velocidad de muestreo/resolución en bits pueden conducir a una carga importante para la CPU. Para un muestreo de 100k con resolución de 16 bits la carga es más de 4 veces mayor que en condiciones normales. Por lo tanto monitoree la carga de la CPU cuando se aumentan las posiciones. Fuentes de señal para el osciloscopio Usualmente se disponen las siguientes entradas:

Figura 28 en el mezclador de audio de Windows, ajustando los controles de la figura 29. Frecuentemente, en este panel, se mezclan varias fuentes al mismo.

Figura 29 Importante: A veces puede ocurrir que no se lista una entrada o una salida en la ventana. En este caso se debe activar así: Options->Properties (figura 30).

Line-In: Puerto en la PC Microphone: Puerto en la PC, o interno (laptop) – a menudo sólo mono. Wave Out: Sonido interno, por ejemplo reproductor de MP3, Media-Player; generador de señales. CD Player: Música directamente de un CD. El equipo que aparezca en el osciloscopio debe seleccionarse a partir de las entradas mencionadas anteriormente. Con algunas tarjetas de sonido se pueden seleccionar varias fuentes al mismo tiempo, en una pantalla como la que aparece en la figura 28. El volumen del equipo también se puede ajustar aquí. Esto tiene un efecto directo en la amplitud del osciloscopio. Salida de señal mediante la tarjeta de sonido Para definir qué sonido se envía a la salida de la tarjeta de sonido, se debe seleccionar el equipo apropiado

Figura 30

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Artículo de Tapa Grabador de audio El grabador de audio permite guardar datos en un archivo de onda. El nombre del archivo de salida tiene que seleccionarse antes de que se oprima el botón de pausa o de grabación. Hay tres modos diferentes para almacenar datos: 1 Trigger (auto): Guardar automáticamente los datos disparados actualmente. 2 Trigger (manual): Guardar manualmente los últimos datos disparados en el archivo. 3 Rec. Button: Iniciar la escritura del archivo con el botón de grabación (independiente del disparo). Independientemente del modo, se puede escribir en el archivo de salida un tamaño limitado. La longitud se define mediante los selectores correspondientes en la ventana de grabadores. La longitud se define por defecto mediante la ventana de los osciloscopios, pero se puede establecer en un valor diferente por parte del usuario. En todos los casos la escritura se detendrá cuando se oprime Pausa o Detención. Tenga presente que el archivo seleccionado se sobreescribirá SIN cualquier advertencia. Dado que el archivo presente se cerrará después que el botón stop haya sido presionado, defina un nuevo archivo de salida ANTES de oprimir Pausa o Detención. El archivo de onda resultante contendrá 100 muestras de silencio entre los datos grabados. Puntos determinados al comienzo del archivo de onda marcan el inicio de cada porción escrita. La figura 31 muestra la venta de ajuste del grabador de audio.

Conclusión El autor libera el uso de este programa para fines educativos. Si algo funciona mal y descubrió una falla,

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Figura 31 por favor envíe un correo a [email protected]. Si usa el programa para un proyecto en una universidad o escuela, por favor, escríbale al autor informando dicha situación. Este programa se puede usar y transmitir para uso en escuelas. Invitamos a todos nuestros lectores a que experimenten con los programas de uso libre que aquí se exponen y que armen la interfaz que se propone como montaje en esta misma edición con el objeto de ampliar las características del osciloscopio. Para descargar todos los programas que mencionamos en este artículo, le recordamos que debe dirigirse a nuestro portal: www.webelectronica.com.ar Debe seleccionar la opción password e ingresar la clave (como lector) “pañol”. Si ingresa como socio del Club SE, podrá descragar archivos adicionales. Le recordamos que para ser socio de nuestra comunidad de electrónicos debe registrarse en línea sin cargo alguno. Finalizamos diciendo que la aplicación que mejores resultados muestra es la última que expusimos, Sound Card Oscilloscope, y que para su uso comercial debe contar con la licencia apropiada, sin embargo, para fines educativos y de aprendizaje puede utilizar el programa sin inconvenientes. ✪

MONTAJE

Placa de Interfase para Tener un Osciloscopio en una PC En el artículo de tapa de esta edición describimos diferentes aplicaciones para la implementación de instrumentos por medio de una computadora. Mencionamos diferentes programas y en todos los casos se emplea la tarjeta de sonido de la propia computadora como placa de adquisición de datos, razón por la cual, las características de dicha placa van a definir las características del instrumento generado. Sin embargo, todas las placas soportan una tensión máxima de entrada de 1V (pico a pico) y su impedancia es pequeña comparada con la que precisa un instrumento de estas características. Por tal motivo proponemos el armado de una placa de interfaz entre las puntas del osciloscopio y la placa de sonido de la computadora. Autor: Horacio Daniel Vallejo en base a proyecto de: http://xoscope.sourceforge.net/

G

eneralmente uno tiende a creer que para realizar mediciones y/o reparaciones y tareas de investigación electrónica precisa un osciloscopio de muy buen ancho de banda. Es común pensar que por lo menos se precisa un ancho de banda de 20MHz y que si es de un canal solo, el equipo es limitado. Ahora bien, en base a mi experiencia personal, ya sea en la investigación, reparación y como docente, para el

Figura 1

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Montaje 90% de las aplicaciones no es necesario que el ancho de banda del osciloscopio sea muy grande. Por ejemplo, para aprender electrónica analógica, formas de onda, espectros de señales, etc. en general se emplean señales de audio por lo cual con que el instrumento sea capaz de mostrar señales de 20kHz es suficiente. Para la reparación de equipos de audio ocurre lo mismo y en la reparación de televisores, normalmente queremos ver si están presentes las señales de barrido horizontal o vertical y para estos casos tampoco se precisa un osciloscopio de gran ancho de banda. Claro que si quiero ver las portadoras de sonido y/o de video el tema se complica si no poseo un osciloscopio de 10MHz por lo menos, pero generalmente no es preciso contar con este dato a menos que se deseen realizar trabajos de calibración. Por todo lo dicho, contar con un osciloscopio capaz de mostrar señales de audio puede ser sumamente útil para todo técnico o estudiante de electrónica. En el artículo de tapa de esta edición presentamos varios programas que permiten que una computadora normal tipo PC pueda ser usada como osciloscopio, incluso detallamos el funcionamiento de un programa que permite obtener un equipo de excelente desempeño con un ancho de banda de 100kHz cuando la placa de sonido es de buena calidad pero, en todos los casos, en caso de querer medir señales de determinada amplitud el “tema” se complica ya que si ingresamos señales de más de 1Vpp ponemos en riesgo la vida de la tarjeta de sonido. Por otra parte, la baja impedancia de dicha tarjeta resulta inconveniente cuando se quieren realizar mediciones activas ya que nuestro osciloscopio podría “cargar” en demasía al circuito bajo ensayo.

Figura 2

Figura 3

Figura 4

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Placa de Interfase para Tener un Osciloscopio en la PC El circuito de la figura 1 es una modificación del prototipo sugerido en http://xoscope.sourceforge.net (Timothy D. Witham y Brent Baccala ) para ser utilizado con el programa Xcope para Linux y se trata de una interfaz para ser empleada entre las puntas del osciloscopio y la tarjeta de sonido (entrada de micrófono en la mayoría de los casos, vea el artículo de tapa para más detalles), resultando así un osciloscopio de muy alta impedancia de entrada, que puede medir tensiones de 1000Vpp con muy alta impedancia de entrada (superior a 1MΩ). La configuración se repite en forma idéntica para obtener una disposición para los dos canales. S2 asegura que no vamos a sobrepasar una tensión que puede poner en riesgo la vida de la tarjeta de sonido y reduce en 10 o en 100 veces la tensión de entrada. IC1 es un amplificador operacional con entrada FET que asegura una impedancia de entrada superior a 1MΩ (la impedancia de la interfase queda fija por

medio de R1) y una total separación entre el circuito bajo prueba y nuestro osciloscopio (la entrada de la tarjeta de sonido). S1 actúa como atenuador por 10. Esta interfase puede ser empleada para cualquiera de los programas que hemos mencionado en el Artículo de Tapa de esta edición. R6 es el elemento de calibración y se lo emplea cuando va a utilizar el instrumento, colocando primero una tensión conocida en la punta de prueba, dejando a S2 como atenuador por 10 y a S1 en posición directa, luego se ajusta R6 para que dé una marcación en la pantalla de la PC (del osciloscopio) que sea proporcional a la señal ingresada. En las figuras 2 y 3 se muestran sugerencias para el circuito impreso, pudiendo ser construido por Ud. o a partir de una placa de las denominadas universales. El circuito se alimenta con una tensión “partida” de ±12V que puede tomarse de la propia fuente de la computadora ya que el consumo del circuito es muy pequeño.

Lista de Materiales IC1 - TL082, doble operacional con entrada Fet. R1 - 1MΩ R2 - 47kΩ R3 - 4,7kΩ R4 - 3kΩ (al 1%) R5 - 27kΩ R6 - Potenciómetro de 100kΩ R7 - 470kΩ D1, D2, D3 - 1N914 o 1N4148 ' Diodos de uso general. C1 - 0,01µF - Cerámico C2 - 20pF - Plate S1, S2 - Llaves inversoras simples Varios: Placa de circuito impreso, frente de plástico para montaje, perillas para los potenciómetros, fichas BNC y RCA, cables, estaño, etc. Por último, en la figura 4 se muestra una fotografía del armado y cómo queda la placa montada sobre un frente de los que cubren los extraíbles de una PC. ✪

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S E C C I O N . D E L . L E C T O R Seminarios Gratuitos Vamos a su Localidad Como es nuestra costumbre, Saber Electrónica ha programado una serie de seminarios gratuitos para socios del Club SE que se dictan en diferentes provincias de la República Argentina y de otros países. Para estos seminarios se prepara material de apoyo que puede ser adquirido por los asistentes a precios económicos, pero de ninguna manera su compra es obligatoria para poder asistir al evento. Si Ud. desea que realicemos algún evento en la localidad donde reside, puede contactarse telefónicamente al número (011) 4301-8804 o vía e-mail a: [email protected]. Para dictar un seminario precisamos un lugar donde se pueda realizar el evento y un contacto a quien los lectores puedan recurrir para quitarse dudas sobre dicha reunión. La premisa fundamental es que el seminario resulte gratuito para los asistentes y que se busque la forma de optimizar gastos para que ésto sea posible.

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Respuestas a Consultas Recibidas Para mayor comodidad y rapidez en las respuestas, Ud. puede realizar sus consultas por escrito vía carta o por Internet a la casilla de correo:

De esta manera tendrá respuesta inmediata ya que el alto costo del correo y la poca seguridad en el envío de piezas simples pueden ser causas de que su respuesta se demore. Pregunta 1. Hola amigos de Saber Electrónica. Tengo un Celular K1M y cuando lo enciendo me aparece una pantalla azul y dice un mensaje "bootloader usb init". Que significa esa pan-

talla y que puedo hacer para volver a utilizar otra vez el teléfono. Lcdo. Ronald Nuñez Respuesta 1. La pantalla significa que el programa de buteo no está (se rompió o lo rompieron al programar al go). Hay que volver a cargar dicho sistema. Nosotros lo hacemos con la caja RS232, el programa P2KTool y un test point. Fijate en la guia univer sal motorola que está en nuestra web con la clave telcel . En caso de que no tengas el ma terial que mencionamos, te recomen damos que adquieras la promoción Q120802, contactate con atención al cliente al 4-301-8804 o por mail a ate [email protected] ✪

MANTENIMIENTO DE COMPUTADORAS

Linux en una Tostadora Los sistemas embebidos son arquitecturas de espacio físico reducido que bus can integrar todas las características de una computadora normal. Así como una PC puede tener un procesador Intel o AMD, y se lo clasifica dentro de la arquitec tura x86, los sistemas embebidos pueden tener un procesador ARM, y están cla sificados dentro de la arquitectura EVBARM (EValuation Board ARM). A partir de una placa TS-7200, veremos cómo controlar la temperatura de una tostadora co mún y cómo dar la advertencia de cada cambio de estado. De la Redacción de

de MP Ediciones

E

n vez de tener un disco rígido IDE, SCSI o SATA, estos sistemas utilizan una tarjeta Compact Flash como principal medio de almacenamiento. Al tener conectividad USB, nos permiten conectar pen drives y utilizarlos como medio de almacenamiento; incluso, podemos instalar nuestro sistema operativo preferido. NetBSD, por ejemplo -un UNIX de la familia BSD cuyo principal objetivo es la portabilidad-, funciona a la perfección en este tipo de arquitectura (EVBARM), por lo que es común verlo instalado en esta clase de placas. Existen algunas distribuciones de GNU/Linux, como Red Hat y Debian, que también soportan estas arquitecturas. Es por eso que muchos routers comerciales emplean este tipo de procesadores y sistemas embebidos, además de ser utilizados como sistemas de propaganda elecEDITORIAL QUARK S.R.L. Propietaria de los derechos en castellano de la publicación mensual SABER ELECTRÓNICA Herrera 761/763 Capital Federal (1295) TEL. (005411) 4301-8804

trónica y cajeros en supermercados, instrumentos de precisión para prestaciones médicas, decodificadores, tv-boxes (para la recepción de señal de televisión), máquinas de revelado automático de fotos, cajeros automáticos, radares de aviones y un gran número de aplicaciones. Existen muchas empresas que fabrican sistemas embebidos, por ejemplo: PC Engines sacó un modelo de placas denominado ALIX, que nos permitirá obtener un sistema embebido de excelente rendimiento (como es el caso del modelo ALIX2C2, www.pcengines.ch/alix2.htm), que además de ser eficiente para prestaciones de red, es económico. También, la firma Technologic System, por su parte, ha desarrollado un modelo de placas denominadas TS-7200, que tienen la posibilidad de agregarles un Impresión: WEBEN S.A. - Moren o 16 5 - Lanú s - Bs.As. - Ar g .

EDICION ARGENTINA Nº 113 SEPTIEMBRE 2009 Distribución: Capital: Carlos Cancellaro e Hijos SH, Gutenberg 3258 - Cap. (4301-4942) Interior: Distribuidora Bertrán S.A.C., Av. Vélez Sársfield 1950 - Cap. Uruguay: RODESOL: Ciudadela 1416 - Montevideo

Service & Montajes 26

Director Ing. Horacio D. Vallejo Jefe de Redacción José María Nieves Producción José Maria Nieves Staff Teresa C. Jara Olga Vargas Luis Leguizamón Alejandro Vallejo

sensor de temperatura opcional al momento de la compra, un circuito impreso que es el único elemento presente en el reverso de dicha placa. Tiene conectividad de red y dos puertos USB. Hemos elegido esta placa para empezar a probar este tipo de sistemas embebidos, pero no la recomendamos bajo ningún concepto, debido a que tanto la atención al cliente como el soporte técnico son pésimos, no sólo porque brindan poca información y de manera poco clara acerca de sus productos, sino también porque, una vez adquirido el producto, ante cualquier conflicto o necesidad, no responden y cuando lo hacen, es de forma breve y sin compromiso (además de estar en EE.UU., lo que dificulta cualquier tramitación de garantía). Existen mejores opciones, desde el punto de vista tanto económico como funcional, dentro del Liliana Vallejo Mariela Vallejo Publicidad Alejandro Vallejo Editorial Quark SRL (4301-8804) Web Manager - Club SE Luis Leguizamón La Editorial no se responsabiliza por el contenido de las notas firmadas. Todos los productos o marcas que se mencionan son a los efectos de prestar un servicio al lector, y no entrañan responsabilidad de nuestra parte. Está prohibida la reproducción total o parcial del material contenido en esta revista, así como la industrialización y/o comercialización de los aparatos o ideas que aparecen en los mencionados textos, bajo pena de sanciones legales, salvo mediante autorización por escrito de la Editorial.

Linux en una Tostadora

Figura 1. Placa TS-7200 con sensor de temperatura integrado. Desde embeddedarm.com, podremos ver las especificaciones.

mercado local. Las placas ALIX, por ejemplo, pueden adquirirse en cualquier sitio de subastas por Internet sin necesidad de incurrir en gastos de aduana y con garantía del vendedor local. De hecho, pueden conseguirse en la Argentina por US$170 y sin gastos de envío, mientras que la TS-7200 tiene un costo que parte de U$S149, al que hay que agregar gastos de envío (entre US$50 y U$S150 según la demora) y, por supuesto, el kit de desarrollo (U$S100). Sin embargo, en este caso, hemos aprovechado la funcionalidad integrada en las placas TS-7200, para medir la temperatura ambiente e interactuar con una pequeña pantalla LCD de dos filas con 24 caracteres, para construir una tostadora con Linux. Éste es un sistema operativo multitarea, ideal para sistemas embebidos y de excelentes prestaciones. Veremos cómo controlar la temperatura de una tostadora común y cómo dar la advertencia de cada cambio de estado. Observe las figuras 1 y 2.

Figura 3. Conexión de TS-7200 a una fuente regulada de 5 V. También le hemos conectado un display LCD de 24 x 2 adquirido al comprar la placa.

Ensamblando el Sistema Conectaremos el display LCD de 24 x 2 a la placa, de modo tal que la parte del cable que los conecta, marcada con una delgada línea roja, quede mirando hacia el lado que no tiene ningún conector (donde está el slot para insertar una tarjeta Compact Flash), y la parte que está marcada mire hacia el borde de la placa donde se alojan la placa de red y los conectores USB. Este mismo principio es aplicable en caso de querer conectar un puerto COM en los conectores de 10 pines para puerto COM2. La placa viene con dos jumpers por defecto instalados en JP2 y JP3, que habilitan la salida por el puerto COM1 y protegen la escritura de la memoria de la placa respectivamente. De los que quedan, el jumper JP4 es para habilitar la conexión vía COM2, mientras que el JP5 sirve para realizar un testeo del funcionamiento interno de la placa. Lo primero que haremos será conectar la tostadora a una fuente de 5V

con corriente continua y colocar un cable de red UTP desde la placa de red de nuestra TS-7200 hacia una PC de escritorio o laptop. Configuraremos esta última asignándole a la interfaz de red la dirección IP 192.168.0.2. La dirección IP por defecto de las placas TS-7200 es 192.168.0.50, aunque puede cambiarse si lo deseamos. Podremos iniciar sesión remota vía Telnet desde nuestro equipo hacia la placa con el sistema embebido. Allí escribiremos root cuando se nos solicite el nombre de usuario, debido a que éste es el usuario administrador en los sistemas UNIX/Linux. Observe las figuras 3 y 4. [matias@freebsd /usr/home/matias]$ telnet 192.168.0.50 Trying 192.168.0.50... Connected to 192.168.0.50. Escape character is '^]'. Technologic Systems TS-LINUX/arm 7.0 ts7200 login: root BusyBox v1.00-rc2 (2004.08.05-21:44+0000) Built-in shell (ash) Enter 'help' for a list of built-in commands. $

Figura 2. Display LCD de 24 x 2. Se muestra el inicio de sesión en el sistema NetBSD, un UNIX libre de Berkeley multiplataforma que corre en EVBARM.

Como vemos, aparece el shell de Bourne (sh) con el prompt ($), lo que significa que hemos ingresado en el sistema operativo. Podremos cambiar el

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Mantenimiento de Computadoras mensaje que se muestra al iniciar sesión creando el archivo motd con el texto que deseemos. $ echo "Linux Toaster" > /etc/motd $ mv /etc/issue /etc/issue.old $ ln -s /etc/motd /etc/issue Es recomendable habilitar el demonio ssh, un servicio de shell remoto segura, a diferencia de Telnet, que, como hemos mencionado, es inseguro porque los datos viajan sin cifrarse. Habilitaremos dropbear, el servicio de cliente y servidor SSH, la versión 2 de este protocolo, utilizada en sistemas embebidos bajo entornos UNIX/Linux por ser libre y de código abierto bajo la licencia MIT (similar a la BSD, una de las menos restrictivas), de la siguiente manera: $ dropbearkey -t rsa -f /etc/dropbear/dropbear_rsa_host_key Podemos deshabilitar el acceso vía Telnet, ya que de ahora en más accederemos escribiendo ssh root@ 192.168.0.50 desde nuestro equipo, sea éste de tipo UNIX o GNU/Linux: $ mv /etc/rc.d/rc3.d/S30telnetd /etc/rc.d/rc3.d/DisableS30telnetd Sería casi obligatorio cambiar la con-

traseña para el usuario administrador, lo cual haremos mediante el comando passwd. Podremos operar el sistema gracias a la utilidad BusyBox, que, en un solo y reducido archivo, contiene adjuntas las aplicaciones más útiles para operar un sistema operativo Linux, principalmente, en sistemas embebidos, como en este caso. Naturalmente, como no existe ningún programa predefinido para obtener la temperatura ni mucho menos para manipular una pantalla LCD, debemos descargar desde el sitio FTP de TS (Technologic Systems) los programas para hacerlo. Los sitios FTP de descarga son: ftp://ftp.embeddedarm.com/ts-armsbc/ts-7200-linux/samples/arm-binaries/ ftp://ftp.embeddedarm.com/ts-armsbc/ts-7200-linux/binaries/ts-utils/ Una vez descargados en el nuestro equipo, los enviaremos vía FTP al directorio /root de nuestra placa. Podremos probar los programas que hemos descargado, por ejemplo, el principal de nuestro proyecto, tempSensor, el cual nos indicará la temperatura en un momento dado: $ ./tempSensor The temp is: 27.58 degrees Celcius

Figura 4. Podremos acceder vía FTP, Telnet, SSH, y los puertos COM1 y COM2, des de cualquier equipo; en este caso, una laptop.

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The temp is: 81.65 degrees Farenheit Esto significa que podemos obtener la temperatura en grados centígrados o en Farenheit. Por lo tanto, podremos crear un programa que controle en todo momento la temperatura de la tostadora y que nos informe de su estado. Éste correrá como demonio al inicio del sistema operativo, al que llamaremos toaster, y que controlará la temperatura de la tostadora indicándonos sus estados. En UNIX/Linux, cuando ejecutamos un programa automáticamente, corren uno o más procesos, que pueden estar en primer plano o en segundo. A aquellos que se encuentran en primer plano se los suele denominar, simplemente, procesos, mientras que los que están en segundo plano se llaman, técnicamente, demonios. De esta forma, cuando un programa se inicia como demonio, trabajará en segundo plano (background), de modo invisible al usuario. Lo primero que haremos será crear un archivo denominado toaster con nuestro editor de texto vi e ingresarle las siguientes líneas a modo de ejemplo: $ vi toaster # Toaster script written by Matias Colli. # temp_old=0000 while true; do date=`date` # La fecha en este caso es el tiempo de encendido de la placa (uptime) temp1=`tempSensor | grep Celcius | cut -d":" -f2 | cut -d\d -f1 | cut -d\. -f1` temp2=`tempSensor | grep Celcius | cut -d":" -f2 | cut -d\d -f1 | cut -d\. -f2` temp=`echo ${temp1}${temp2}` if [ ${temp} -gt 4500 ]; then if [ ${temp} -gt 7500 ]; then msg="${date} Toaster is done!" else msg="${date} Ready to toast >>" fi else

Linux en una Tostadora msg="${date} Toasting..." fi if [ ${temp} -ne ${temp_old} ]; then lcdmesg "${msg}" "The toaster temp is ${temp} *C" temp_old=${temp} fi done Esto significa que el programa correrá como demonio y verificará todo el tiempo la temperatura de la tostadora. Cada cambio de temperatura se verá reflejado en el LCD. Cuando sea menor a 35 grados Celsius, se considerará que está en estado normal, lista para tostar; cuando sea mayor que dicho valor, se considerará que la tostadora está en funcionamiento, es decir que está tostando. Un caso especial será si la temperatura sobrepasa los 75 grados Celsius: entonces emitirá un mensaje indicando que debe apagarse porque ha llegado a su límite máximo. Para que este programa pueda funcionar, debemos darles permisos de ejecución a los programas y el script (programa) creado. Luego, tenemos que crear los symlinks (enlaces simbólicos) para que el programa controlador de la tostadora (toaster) se cargue al inicio y pueda controlarse en todo momento:

$ ln -s /etc/init.d/toaster /etc/rc.d/rc3.d/S99toaster $ ln -s /root/peekpoke /bin/peekpoke $ ln -s /root/ntpdate /bin/ntpddate Vea la figura 5. Por último, si hemos hecho todo bien, deberíamos de comprobar que, al reiniciar (con el comando reboot o mediante el botón reset), veamos al siguiente arranque del sistema la información en el LCD. Como utilizamos sólo el Linux que viene integrado en la memoria flash interna, que tiene el sistema de archivos JFFS, podremos desconectar el equipo en cualquier momento sin que esto afecte su rendimiento. En cambio, si hubiésemos instalado un sistema operativo agregándole una placa Compact Flash o un dispositivo de almacenamiento USB, sería necesario utilizar el comando de apagado o reinicio del sistema operativo, halt y reboot, respectivamente.

grar que el puerto USB se encienda o apague, lo que significa que, si lo conectamos a un relay de 5V CC (corriente continua), al activarlo estaremos deteniendo el proceso de tostado. También podremos anexar un teclado USB, luego de instalados los módulos correspondientes, que vienen nativos en el sistema por defecto. Incluso podremos reproducir melodías en formato MP3 agregando un juego de parlantes al puerto USB y descargando un reproductor para este formato.

Conclusión

Hemos aprendido a controlar la temperatura de un dispositivo, trabajando con componentes embebidos de alta complejidad, sensores de temperatura y pantalla de cristal líquido. Los conocimientos obtenidos aquí son aplicables a cualquier dispositivo, por lo que ya estamos preparados para operar sistemas $ reboot embebidos y utilizarlos para nuestros proyectos según lo permita nuestra imaObserve la figura 6. ginación. ¡Felicitaciones! Ya podemos utilizar Con los sistemas embebidos se nuestra tostadora y saber su estado en construyen routers, firewalls, instrumentodo momento. Sería sumamente prove- tos de medicina, máquinas para casinos, choso lograr que, al sobrepasar la tem- etc. peratura máxima, no sólo se dé un aviso Esta tostadora es una prueba de una $ chmod +x /root/* por pantalla (como lo hace actualmente), de sus bondades, en este caso, para $ ln -s /root/lcdmesg /bin/lcdmesg sino que también finalice al instante el controlar la temperatura interna de un $ ln -s /root/tempSensor /bin/temp- proceso de tostado. Utilizando la utilidad dispositivo; sin embargo, podemos agreSensor peekpoke y el script ts7xxx.subr, ambos garle una placa USB wireless y convertir$ ln -s /root/toaster /etc/init.d/ disponibles en el sitio FTP, podremos lo- lo en un router inalámbrico, firewall, VPN, etcétera; o por medio del controlador 7kv, utilizarlo como cámara de seguridad y un sinfín de aplicaciones... Como ya dijimos: nuestra imaginación es el único límite para emplear estos sistemas en nuestros proyectos e, inFigura 5. La tostadora, antes de su ensam blado final. Verificamos que todo funcione Figura 6. Tostadora terminada. Vemos la temperatura cluso, en nuestra correctamente. actual del aparato listo para tostar. vida diaria. ✪

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MONTAJE

Tarjeta Entrenadora para PICAXE-40 La tarjeta entrenadora PICAXE-40 tiene como base para su operación al microcontrolador PICAXE - 40, el cual represen ta a los microcontroladores más grandes del sistema PICA XE. Para quienes se dedican al desarrollo de aplicaciones con microcontrolador, esta “Tarjeta Entrenadora PICAXE-40” que tiene como clave de identificación ICA-027, es muy ver sátil, de mucho apoyo y facilidad de empleo, para generar ca si cualquier proyecto Autor: M. en C. Ismael Cervantes de Anda Docente ESCOM IPN [email protected] Durante la presente entrega estaremos describiendo todo lo que compete a la tarjeta entrenadora, que alojará sobre si a un microcontrolador PICAXE-40, siendo por esta razón que en primer término mostraremos cual debe ser la manera en que se debe configurar a cualquier microcontrolador PICAXE - 40. En la imagen de la figura 1 se muestra el circuito básico, del cual se observa la cantidad total de terminales que pueden emplearse como de salida o entrada discretas, además de las entradas analógicas, y que en su conjunto podemos manipular para aprovecharlas al máximo, en combinación con las respectivas salidas. Para el PICAXE-40 se tiene la oportunidad de disponer de 8 terminales de salida, 8 terminales de entrada, 8 canales configurables de entrada y salida, y por último 7 canales de conversión analógica a digital. La tarjeta entrenadora para PICAXE-40 tiene la posibilidad de explotar al máximo todas las propiedades del microcontrolador PICAXE-40. A continuación describiremos cada bloque de esta tarjeta entrenadora para que se le pueda sacar el máximo provecho. Como primer paso será identificada la ubicación donde se encuentra el microcontrolador PICAXE-40, que justamente debe encontrarse sobre la base identifica-

da como IC1, respetando en todo momento la distribución de las terminales mostrada en el diagrama de la figura 2. Sobre el conector de salidas, se encuentran concentradas las 8 de que dispone el microcontrolador PICAXE, las cuales se encuentran identificadas desde S0 hasta S7.

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Este conjunto de salidas pueden emplearse de manera indistinta para controlar algún elemento externo que bien puede ser un actuador (elemento de potencia), todo depende de su naturaleza para en función de ella conectar en la salida un opto acoplador para encender o apagar un motor

Figura 1 Configuración del Microcontrolador PICAXE - 40.

Tarjeta Entrenadora PICAXE-40 de CA por ejemplo, lo mismo para encender una lámpara incandescente o un simple led, pero siempre colocando a la salida un circuito que maneje la potencia. Sobre el conector de las entradas, se tiene el reflejo precisamente de las terminales de entrada del microcontrolador PICAXE. Las terminales de entrada se encuentran identificadas desde E0 hasta E7. Sobre estas terminales de entrada de datos, se tienen que conectar aquellos circuitos externos que generen algún estado lógico, que reflejen fielmente el estado de la actividad que están leyendo los sensores bajo algún proceso. Estos datos de entrada de manera general pueden clasificarse como discretos, entendiéndose como discretos todas aquellas señales que trabajan mediante la lógica binaria, “0” lógico y “1” lógico. En cuanto a las terminales identificadas desde An0 hasta An3, se tienen entradas hacia el ADC del PICAXE40. Por lo tanto, es en estas terminales donde se tendrán que conectar sensores del tipo analógico, para que pueda digitalizarse esa información. El tipo de sensores que puede colocarse sobre estas terminales son aquellos que entregan un valor de voltaje de acuerdo con la variable física que se encuentran midiendo, por ejemplo la temperatura. Para esta tarjeta controladora no se necesita configurar al-

guna forma especial de trabajo sobre su circuitería, por lo que sus aplicaciones son inmediatas ya que posee terminales dedicadas tanto para ingresarle como para extraerle datos, siendo el microcontrolador PICAXE el elemento indispensable que realiza todas las acciones de control. Una vez identificadas las terminales de entrada tanto analógica como digital, y salida de datos de la tarjeta entrenadora, como paso siguiente se tienen que identificar los módulos de apoyo para construir, implementar y/o simular alguna aplicación. El primer módulo de apoyo que describiremos es el relacionado con la actividad de representar alguna acción del microcontrolador, esto es, el poder señalar por medio de un indicador luminoso alguna respuesta. Para ello se cuenta con 2 circuitos basados en leds, los cuales se encuentran en el área de experimentos de la propia tarjeta entrenadora, estos circuitos se muestran en la figura 2. Para hacer uso de estos circuitos, lo que tiene que hacerse es conectar mediante un pequeño cable al borne correspondiente ya sea de L1 o L2, con cualquiera de las terminales de salida del microcontrolador que pueden son S0, S1, S2, S3, S4, S5, S6 ó S7 del conector donde se encuentran las salidas. Y de esta forma si la salida registra un “1” lógico se encenderá el

Figura 2 Tarjeta entrenadora PICAXE - 40.

led al cual fue conectado, y por lo contrario si la salida reporta un “0” lógico el led se apagará. El segundo módulo de apoyo es el que genera estados discretos para poderlos hacer llegar al microcontrolador, estos módulos pueden simular la activación o desactivación de determinados sensores o botones que se requieren en algún proceso. Para este requerimiento sobre la tarjeta entrenadora, se cuenta con 2 circuitos basados en push-boton que se encuentran sobre el área de experimentos. Estos circuitos se muestran tanto en el diagrama de la figura 2, y en la imagen de la figura 4 y lo único que se tiene que hacer es conectar el borne correspondiente ya sea B1 ó B2 a cualquiera de las terminales de entrada que pueden ser E0, E1, E2, E3, E4, E5, E6 ó E7 del conector de entradas. Esto da posibilidad a que durante la fase de pruebas del programa del microcontrolador se pueda evaluar si la secuencia con que se tienen que activar los sensores es la correcta o no, para poder estar seguros de que nuestro programa operará completamente sobre nuestra aplicación. El tercer módulo de apoyo es el que genera señales analógicas para que puedan emplearse con el PICAXE-40 que internamente posee un convertidor analógico - digital. Este módulo puede realizar el

Figura 3 Circuito impreso de la tarjeta entrenadora PICAXE - 40.

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Montaje

Figura 5 Adaptador para programación.

trabajo de simulación por ejemplo de un sensor de temperatura, o de un sensor de presión, o de humedad, etc. Para esta parte la tarjeta entrenadora cuenta con un resistor variable identificado como POT1, por medio del cual se puede cambiar el valor de voltaje que se hace llegar a la terminal correspondiente de entrada analógica del microcontrolador que dependiendo del tipo de PICAXE, estas pueden son An0 ó An1 ó An2 ó An3 del conector “ADC”. Ahora bien si lo que se quiere utilizar en la tarjeta programadora es un sensor real, por ejemplo un LDR (resistencia variable con la luz), ó una galga extensiométrica (resistencia variable con la deformación), etc. En el módulo de señales analógicas a través del conector identificado como “SENSOR” se puede conectar un determinado sensor, que en combinación con el resistor R5 se genera el voltaje cuyo valor responderá de acuerdo a la variable física que lea el sensor. Cabe aclarar que el tipo de sensor que se tiene que utilizar en esta parte de la tarjeta entrenadora, debe presentar un cambio en su valor de resistencia para que en función de esto, se modifique el valor de vol-

taje que es al final de cuentas lo que lee el PICAXE sobre todo en las entradas analógicas. Por otra parte, si se cuenta con un sensor que entregue un valor de voltaje de acuerdo con el valor de la variable física que este leyendo el sensor, por ejemplo un sensor de temperatura LM35, éste podrá colocarse directamente sobre la tarjeta en el espacio identificado como IC3. Las terminales donde se refleja el estado del módulo que genera las señales analógicas se identifican como Sn0, Sn1 y Sn3. Teniéndose de manera correspondiente el reflejo de la actividad del sensor resistivo en Sn0; el reflejo del pot1 en Sn1; y el reflejo del LM35 en Sn3. El espacio identificado como PROGRA se encuentra ocupado por un conector de audio estéreo tipo mini Jack, el conector de audio estéreo tan solo tiene 3 terminales, mismas que serán utilizadas para comunicar al microcontrolador con una PC a través del puerto serie, en la figura 4 se muestra el diagrama de cómo se deben identificar las terminales tanto en la tarjeta entrenadora como en el conector DB9 que se conecta al puerto serie de una PC. Las terminales del conector de audio y DB9 realizarán las siguientes actividades: • La línea identificada con el número 1 en el conector de audio sirve para verificar que el microcontrolador PICAXE se en cuentra conectado al puerto serie de la PC.

Figura 4 Configuración del cable de programación.

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• La línea identificada con el número 2 en el conector de audio sirve para progra mar al microcontrolador PICAXE. • La línea identificada con el número 3 en el conector de audio es la referencia GND ó también conocida como tierra eléctrica. Por último, sobre la tarjeta entrenadora se tiene incorporado un regulador de voltaje identificado como IC2 que posee el código LM7805, y cuyo cometido es la de proporcionar un voltaje constante de 5 VCD para alimentar al microcontrolador PICAXE y los módulos auxiliares que tiene incorporados la tarjeta programadora. Por medio de la utilización del regulador de voltaje, es posible que podamos emplear para energizar a nuestra tarjeta de entrenamiento una pila de 9 VCD. Como ya se ha venido haciendo, en la siguiente entrega aportaremos más proyectos que se pueden realizar con un PICAXE-40, procurando en todo momento que éstos sean de utilidad para todos ustedes, por lo que los invitamos a que continúen revisando las siguientes entregas, porque les aseguramos que encontrarán cosas interesantes para desarrollar sus propias ideas y proyectos. ✪ Lista de Materiales IC1 - Base de 40 terminales IC2 - LM7805 L1, L2 - Leds Verdes L3 - Led Rojo B1, B2, RESET - Interruptores Push boton R1, R6, R7 - 10kΩ 1/4 Watt R2 - 22kΩ 1/4 Watt R3 - 1kΩ 1/4 Watt R4, R8, R9 - 390Ω 1/4 Watt R5 - 100kΩ 1/4 Watt POT1 - Preset 10kΩ SENSOR - Bloque de terminales Varios: Conector mini jack de audio, conector mini plug de audio, alambres de conexión, broche para pila de 9 VCD y circuito impreso.

SERVICE

En la entrega anterior terminamos de explicar el fun cionamiento de los amplificadores digitales. En ésta, seguimos con un tema de avanzada: los parlantes digitales. Por: Ing. Alberto Horacio Picerno [email protected] Introducción El autor trabaja en este tema desde hace aproximadamente 5 años cuando nadie conocía absolutamente nada del tema y si alguien sabía algo no lo hacía público. No quiero decir con esto que me considero el inventor de los parlantes digitales, sino que mi experiencia se basa en la fabricación de los mismos sin ninguna ayuda o información, basado en los principios físicos y mediante la prueba y el error. Por otro lado aun en el día de hoy no existe información disponible en Internet, sólo alguna rara oferta de parlantes digitales. Un parlante digital no se diferencia notablemente de un parlante clásico porque se basa en los mismos principios de funcionamiento. Si los miramos de lejos son iguales, si los miramos de cerca veremos que el parlante analógico tiene dos terminales generalmente con colores negro y rojo. El parlante digital suele poseer 9 terminales (uno es el Terminal de masa y los ocho restantes corresponden a cada bit desde 0 a 7). Por supuesto que

éstos son los parlantes de 8 bits porque también se pueden fabricar en cualquier otra cantidad de bits. ¿Para qué quiero aprender a fabricar un parlante si ése es el trabajo especializado de un enconador? Mi idea es comprar un parlante analógico común, o un parlante con la bobina móvil quemada y mandarlos a enconar o reenconar con las indicaciones necesarias, a un enconador de confianza. Tal vez con el tiempo los parlantes digitales aparezcan en el mercado de América Latina y nos ahorremos todo el trabajo del rebobinado, pero aun así no está de más conocer

la técnica empleada en su fabricación. Es teoría dirá Ud. No, es absoluta práctica porque yo lo hice y el parlante funciona correctamente por lo menos apreciando su funcionamiento a oído ya que no conté con la ayuda de ningún departamento de electroacústica de ninguna universidad.

¿Por qué se Mueve el Cono del Parlante? Por el principio de atracción y repulsión de dos cuerpos magnetizados. Uno de los cuerpos es el imán

Figura 1 - Principio esquemático del movimiento del cono.

Service permanente del parlante y el otro la bobina móvil tal como fuera estudiado en este curso y que vamos a repasar a continuación. Ver la figura 1. Si usáramos dos imanes permanentes el cono buscaría una posición fija y no obtendríamos sonido. Uno de los dos imanes debe ser cambiado por un electroimán. ¿Cuál? Evidentemente el que está montado sobre el cono porque necesitamos que el cono sea lo más liviano posible para que se mueva con el sonido y eso implica vibraciones de hasta 20.0000 ciclos por segundo. La figura 1 se modifica entonces adoptando la forma de la figura 2.

El Rendimiento de un Parlante Técnicamente un parlante que genera sonido es un parlante cuyo

cono ejerce una gran presión sonora sobre el aire que lo rodea. Y la presión aumenta con la superficie del cono y la elongación máxima de su movimiento. Un cono grande o una elongación grande se producen cuando la bobina móvil ejerce una fuerza considerable sobre el medio elástico que rodea al cono. Esa fuerza depende del campo magnético generado por la propia bobina móvil y del campo magnético del imán permanente. Esto no es algo particular de los parlantes digitales ya que hasta aquí estamos hablando de los parlantes comunes. El campo magnético generado por la bobina móvil está relacionado con el cuadrado del número de vueltas y de la corriente que circule por ella que por supuesto es función de su resistencia interna.

Figura 2 - Modificación con una bobina movil.

Figura 3 - Circuito magnético.

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El campo magnético producido por el imán permanente depende del propio imán y del circuito magnético que concentra su campo y lo hace interactuar con la bobina. En la figura 3 se puede observar la construcción de este circuito magnético con un imán circular Entre el núcleo y la armadura se forma el entrehierro que es el lugar donde se produce el campo magnético aprovechable. Es evidente que el diámetro del núcleo es siempre menor que el diámetro interno de la armadura. Cuando más chico es el entrehierro, mayor es el campo magnético. El límite práctico lo da la bobina que debe moverse en ese estrecho recinto. Esto tiene un cierto parecido con las leyes de la electricidad donde la fuente es el imán y el conjunto núcleo, entrehierro, y armadura forman el equivalente a la resistencia eléctrica que se llama reluctancia. Parece que entonces lo más conveniente es utilizar un alambre lo más fino posible. Es cierto, pero la bobina móvil tiene que respetar ciertas características que definen al parlante y que son la resistencia o impedancia y la potencia admisible. Dada la resistencia y la potencia es fácil calcular la corriente que circula por la bobina móvil como: I=√ P/ R La corriente I define el diámetro del alambre de cobre de la bobina móvil a través del concepto de la densidad de corriente. Un alambre puede conducir una corriente determinada por su diámetro. Si hacemos circular una corriente mayor el alambre se calienta y consecuentemente se funde. Las densidades de corriente que suelen utilizar los enconadores están en el orden de los 2.5A/mm2. Reemplazando valores se obtiene entonces el diámetro del alambre de la bobina móvil que luego deberá

Los Parlantes Digitales confirmarse por prueba y error. Suponga por ejemplo que se obtiene un diámetro de 1mm. Ahora se debe calcular cuántas espiras de alambre se deben utilizar para llegar a la impedancia correcta. Por último se debe considerar el espesor del cartón del carretel y un cierto huelgo que permita el desplazamiento de la bobina móvil. Cómo el lector puede observar, todos estos parámetros determinan el entrehierro mínimo que producirá el campo magnético máximo en él. El tema de reducir el entrehierro al mínimo es tan importante que algunos fabricantes se hacen fabricar alambre de sección cuadrada para evitar la existencia de aire dentro del entrehierro, es decir que buscan la mayor ocupación de espacio posible. En cuanto al uso del carretel (de cartón o de aluminio) muchos lo evitan utilizando alambre esmaltado termoformable que al calentarse pega una espira sobre la otra generando una bobina rígida. Luego hacen circular corriente para que se funda el esmalte termocementable y por último quitan el carretel generalmente formado por dos mitades para que no ocupe espacio en el entrehierro. Para que el parlante tenga un elevado rendimiento, el alambre de la bobina debe tener una resistencia específica (ohm/metro) muy baja. Esto limita los materiales a utilizar prácticamente a la plata y al cobre. Por su precio se descarta la plata y todas las bobinas se fabrican de cobre electrolítico de elevada pureza para poder ubicar la cantidad máxima de espiras. Ver la figura 4.

Cálculo de la Resistencia de una Bobina Móvil Monofilar Vamos a insistir sobre el cálculo de la resistencia de una bobina móvil por la importancia que esto tiene en la construcción de un parlante digital. El parlante digital posee varias bobinas

Figura 4 - Bobina móvil multicapa.

en paralelo pero su cálculo está basado en el de una bobina monofilar normal. Primero debemos aprender a calcular la resistencia de una bobina de cobre. El cobre tiene un coeficiente de resistividad de 17.5mΩ . mm2/m. Esto quiere decir que 1 metro de alambre de 1mm2 de sección tiene una resistencia de 17,5mΩ. Pero este dato no es práctico para nosotros porque los alambres de cobre esmaltados se compran en función de su diámetro. Por lo tanto, vamos a calcular la resistencia de un alambre de 1mm de sección y metro de largo. La sección de una circunferencia de 1mm de diámetro es de:

de las cuales tiene una longitud de 2.π.r (r en cm). Es decir 6,28 x 1 = 6.28 cm. El largo de la bobina será de 6.28 x 20 = 125 cm y la resistencia total será entonces de 17.5 x 1.26 = 25 mΩ que es muy pequeña para fabricar un parlante, inclusive utilizando varias capas de alambre. Debemos utilizar entonces una sección 10 veces menor para realizar un nuevo cálculo. En este caso la resistencia de un alambre de 1 metro y 0.10 mm2 de sección sería de 175 mΩ pero entrarían muchas más espiras en la bobina móvil. Si la sección se reduce en 10 veces, el diámetro de reduce 5 veces, debido a la relación cuadrática. Es decir que llegaremos a 0.22mm de diámetro. En 2 cm de largo entran 100 espiras, pero ahora se pueden apilar 5 espiras, es decir que en total se utilizan 500 espiras de 6,28 cm: 6.28 x 500 = 31140 cm = 31.14 m

Considerando el esmaltado y una mínima luz entre espira y espira podemos asegurar que este alambre tiene un diámetro de aproximadamente 1mm. Una bobina móvil de una parlante grande puede tener unos 2 cm de diametro y unos 2 cm de largo. Por lo tanto contiene 20 espiras, cada una

Si el alambre tiene 31.14 m de largo y es de 175 mΩ por metro la resistencia total será de 5.4Ω que es un valor muy cercano al que se busca; que es de aproximadamente de 6.5Ω para que la impedancia a 1Khz sea de 8 ohm. Seguramente se debe utilizar un alambre de 0.018 para obtener la resistencia buscada.

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Service La Bobina Móvil Multifilar Ahora entramos realmente en el tema de los parlantes digitales. En el parlante analógico para que la bobina se mueva debe variar la corriente que circula por el único alambre que tiene la bobina móvil. En el parlante digital existen múltiples conductores aislados con esmalte entre sí. Por ejemplo en un parlante de 5 bit encontramos 1+2+4+8, es decir 15 alambres diferentes que junto a la inversión de la batería generan los bits A0 A2 A3 A4 que posibilitan 25 posiciones posibles del cono del parlante. Los 15 alambres se separan en grupos de 8,4,2, y 1 alambre y se conectan a 5 terminales diferentes del parlante más otro de masa. En la figura 5 se puede observar el circuito correspondiente y en la figura 6 la forma de señal de corriente por la fuente I que se obtiene considerando la resistencia de cada bobinado. Si consideramos el mismo entrehierro de nuestro ejemplo o lo que es lo mismo el mismo tamaño aproximado de la bobina, veremos que cada capa tiene 20/0.75 = 30 espiras y suponiendo que hacemos tres capas se obtienen 60 espiras de alambre monofilar de 15 hilos de 0.05mm de diámetro. Con todos los alambres en paralelo se obtiene una resistencia de 0.1Ω por metro y como cada espira tiene 3.28cm el largo total será de 6.28 x 60 = 3,76m y una resistencia de 376mΩ. Este es el principal problema de

los parlantes digitales que nos obliga a utilizar entrehierros muy grandes con el consecuente incremento del tamaño de los imanes. Pero se trata de un problema del tipo tecnológico que ya fue solucionado por los fabricantes utilizando alambres más finos e imanes más potentes. Con todo no pretenda llegar a resistencias de parlantes similares a la de parlantes comunes ya que en la actualidad los parlantes digitales tienen una resistencia mínima (con todos los hilos juntos) del orden de los 2 ohm. En nuestro caso vamos a suponer que aumentemos el entrehierro torneando el núcleo hasta lograr una resistencia del bobinado de un solo hilo de 15 ohm, lo cual significa que todos lo hilos en paralelo tendrían una resistencia de 15/15=1 ohm.

Potencia del Parlante del Ejemplo Es evidente que nuestro amplificador digital estará formado sólo por llaves que se cierran y se abren. Los mosfet digitales pueden controlar corrientes de 20A con un costo mínimo. Si consideramos que la potencia es I2R estamos asumiendo que se pueden obtener potencias pico de 400W y potencias eficaces o valores en el orden de los 250W sin mayores problemas. La tensión de la fuente se deduce de la formula P= V2/R y es igual a:

Figura 5 - Excitación de un parlante digital.

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V= √250 = 15V aproximadamente. Para equipos de automóviles utilizando 12V se pueden fabricar parlantes de V2/R = 122/1 = 144W de pico o 100W eficaces, pero teniendo la precaución de montar los amplificadores cerca de los parlantes conectados con cables de por lo menos 2.5mm2. A continuación vamos a analizar el funcionamiento de un parlante para auto de 5 bits que se pueda construir modificando un parlante analógico común de 100W.

Valores de Corriente para el Parlante Digital para Automóvil Con el circuito propuesto las llaves mosfet pueden seleccionar 4 valores de resistencia de 15 ohm, 7.5 ohm, 3.9 ohm y 1.8 ohm aproximadamente, pero lo puede hacer tomando las bobinas de a uno, de a dos, de a tres, de a cuatro o de a ocho y además puede invertir de la conexión de las bobinas móviles sobre la fuente. La fórmula que permite determinar todos y cada uno de los valores posibles se puede observar a continuación y no es más que una aplicación de la lista en el apéndice de formación de los números, y sección de los números binarios. I = ± 0.8 (a323 + a222 + a121 + a020) [A] con los siguientes valores de A0, A1, A2 y A3. (Ver el cuadro 1). Es decir que si aplicamos 12V a nuestro circuito podemos obtener las corrientes indicadas en la tabla solamente. No es posible generar valores intermedios. Es decir que son sólo 16 valores y el 0 con todas las llaves abiertas. Pero nos queda la alternativa de agregar un bit más que sería el A4 para invertir la polaridad de la tensión y obtener 16 valores más.

Los Parlantes Digitales

Figura 6 - Forma de señal de corriente.

Generador Simulado de Onda Triangular El multisim posee un instrumento llamado generador de palabras que nos permitirá programar en qué momento se cierra cada una de las llaves controladas por tensión para generar una señal que nos permita probar nuestro parlante. En principio si queremos escuchar una señal de música deberíamos diseñar un conversor adecuado para interponerlo entre la señal digital de salida de un CD y el circuito de llaves con el parlante ya que ambas señales son digitales pero el CD entrega una señal de 16 Bits con ambos canales multiplexados en el tiempo y nuestro sistema de parlante y amplificadores a llave trabaja con 5 Bits. Para excitar al parlante se requiere un circuito digital bastante complejo que podríamos llamar transductor de código. En principio aceptemos que el traductor tendrá salida estereofónica. Es decir que ingresará una señal estéreo multiplexada de 16 bits y saldrán dos canales paralelos de 5 bits, uno para canal derecho y otro para el izquierdo. El procesador

deberá tomar los 16 bits del canal izquierdo que ingresan en serie, guardarlos en una memoria, decodificar el correspondiente número y generar el mismo numero binario, pero de 5 bits que saldrán por cinco patas para el amplificador digital del parlante iz-

quierdo. Como todo esto es complejo y escapa al alcance de este curso se puede generar una señal más simple ya que solo pretendemos experimentar con parlantes digitales. Por ejemplo una señal triangular de 1Khz a 5 bits puede ser suficiente para probar

Cuadro 1

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Service

Figura 7 - Circuito simulado excitado con un generador de palabras.

el parlante digital. Por supuesto primero deberíamos simular el sistema que luego es muy fácil construir en la realidad con un microprocesador PIC debidamente programado (que fue la solución adoptada por el autor). En la figura 7 se puede observar el circuito completo. El circuito genera

el bit menos significativo a la izquierda sobre un resistor equivalente al bobinado de 8 Ohms del parlante digital. Luego va generando bits más significativos hacia la izquierda hasta llegar al bit de cambio de polaridad A4. Observe que la polaridad de la corriente circulante por el parlante se

maneja en realidad con un bit más significativo que el A3. En efecto, podemos considerar al bit A4 que tendría un valor igual a 0 en los primeros 16 números binarios e igual a 1 en los siguientes. Como el WB no tiene una llave inversora controlada por tensión se de-

Figura 8 - Oscilogramas en el parlante digital.

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Los Parlantes Digitales be fabricar la misma con dos llaves unipolares y un transistor que invierta la señal del bit A4 del generador de palabras. El agregado del resistor R5 y de la red pasabajos R8 C5 nos permite obtener una muestra de la corriente total por el parlante y del movimiento del cono que podemos observar en la figura 8. El filtro no existe realmente como componente eléctrico. Es una simulación de un fenómeno físico debido a la considerable masa del sistema móvil (cono suspensión y sobre todo bobina móvil) que impiden que el cono se pueda mover rápidamente para generar los escalones. Este es un clásico filtro de muestreo, pero mecánico, que ayuda a eliminar la distorsión de cuantificación que tiene todo equipo digital. También nos indica que el componente en donde se produce la transformación analógica digital es el cono del parlante. El movimiento del cono es analógico porque ocupa todas las posiciones comprendidas entre los extremos de movimiento de la bobina móvil. Nota: los pequeños pulsos sobre las transiciones son un producto de una simulación muy completa del WB ya que el resistor de 1 mOhms se simula tal cual es, con una pequeña componente inductiva en serie.

El Control de Volumen En primera instancia parecería ser que el control de volumen debe operar a nivel del conversor de códigos. Dejando de lado el bit más significativo, porque con el se produce la inversión de polaridad, los siguientes 4 bits representan un número y si con un pulsador reducimos ese número, la salida por los cuatro siguientes bits ajustarían el volumen de la señal enviada a los amplificadores. Eso es cierto pero operando de este modo se reduce la cantidad de bits cuando se trabaja a bajo nivel. Y a muy bajo ni-

vel tendríamos una distorsión de cuantificación intolerable. El camino correcto es modificar la tensión de fuente con todo lo que esto trae aparejado ya que se trata de una fuente de elevada corriente. En principio se podría trabajar con una fuente regulada pero cuando se requiere bajo volumen el sistema termina teniendo un rendimiento muy bajo porque la fuente regulada analógica tendría una alta tensión de entrada (adecuada para la máxima potencia) y una baja tensión de salida. Mucho más adecuado es una fuente pulsada de gran rendimiento pero no es sencillo fabricar una fuente que admita una variación de carga tan grande y tan rápida como la que requiere un amplificador de audio. Si fuera fácil todos los amplificadores tendrían fuente pulsada y sabemos que de hecho no es así. Las fuentes pulsadas que alimentan amplificadores de audio se utilizan sólo para TV en donde el consumo de la sección de TV enmascara la variación de consumo de audio. La única solución posible es usar un transformador para generar la baja tensión para la máxima potencia (por ejemplo 12V) y regularla con una fuente regulable por tiristor como la que el autor utiliza para la reparación de TVs y que llamó EVARIAC. Esta fuente posee pulsadores para subir o bajar la tensión de salida que generan un pulso de disparo mediante un PIC. Modificando la fase de ese pulso de disparo se puede conseguir que la salida de la fuente varíe entre el valor máximo y el mínimo con un rendimiento de conversión excelente.

Conclusiones En esta entrega explicamos qué es un parlante digital y aprendimos a realizar una prueba simulada en un laboratorio virtual de Electronic Workbench. Tal vez el lector se preguntará

para qué tomarse tantas molestias si podemos utilizar un amplificador PWM que es lo más simple y didáctico que cualquiera se pueda imaginar. La realidad es que un amplificador PWM no es totalmente digital. Nuestros lectores saben que se requiere un modulador que el mismo es un circuito analógico. Es imprescindible que sea analógico si pretendemos amplificar la señal que entrega por ejemplo un CD o DVD clásicos. Es cierto que los reproductores de CD antiguos como el famoso AIWA 330 poseían una salida óptica totalmente digital pero los mas modernos no lo tienen. Si esa salida se conservara (en los reproductores de DVD) podríamos diseñar un microprocesador que procesara directamente la información del disco transformándola en una señal PWM de canal izquierdo y otra de canal derecho. Pero muchos DVD de bajo costo no la tienen y hay que recurrir al modulador digital. Sin embargo estamos seguros que la tendencia de la digitalización va a continuar hasta que todos los parlantes sean digitales a pesar de los problemas que vimos en este artículo que se deben sobre todo al diámetro de los alambres esmaltados y al tema de la fuente de tensión variable que terminaremos de explicar en la entrega próxima. El autor sabe de diseños experimentales de 8 bits, pero no pudo conseguir información sobre el diámetro del alambre esmaltado utilizado. De cualquier modo el sueño del ingeniero que busca un equipo digital a digital desde el disco hasta el parlante ya ha sido logrado y sólo quedan por resolver problemas tecnológicos de poca monta. En la próxima entrega explicaremos en detalle el tema de las fuentes regulables por pulsadores de la plaqueta EVARIAC y cómo emplearla en equipos de audio. Y si nos da el espacio vamos a explicar el sistema de bafles digitales con un parlante por bit. Hasta entonces!!!✪

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PROYECTOS

CON

LABORATORIOS VIRTUALES

Receptor de Banda Ciudadana El circuito es un receptor que opera en la banda de los 27MHz. Los bobinados L2 y L3, se efectúan sobre una forma idéntica a las utilizadas para construir bobinas de F.I. comerciales. Primero se devana el amoblamiento primario (L3) que consiste en tres vueltas de alambre de 0,25 mm. de diámetro, posteriormente se arrolla L2 que consiste en 3,5 + 4 vueltas de alambre de 0,25 mm de diámetro. El transformador así formado debe incluir un

núcleo de ferrite. Los transformadores T2 y T3 se construyen de idéntica forma, siendo el detalle de los bobinados los siguientes: L4 L5 L6 L7

= = = =

9 vueltas de alambre 0,25 mm. de diámetro. 1,5 vueltas de alambre 0,25 mm de diámetro. 158 vueltas de alambre 0,08 mm de diámetro. 32 vueltas de alambre 0,08 mm de diámetro.

Desde ahora puede comprobar el funcionamiento realizando la simulación en el programa Livewire y obtener sus propios impresos en PCB Wizard 3, utilizando los programas DEMO que también se proveen. Para bajar los archivos de Internet diríjase a www.webelectronica.com.mx, haga click en el ícono PASSWORD e ingrese la clave: newave.

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Cuaderno del Técnico Reparador

Técnicas de Liberación y Flasheo de Celulares

Pantech y SAGEM Como siempre decimos, la liberación de un teléfono celular permite que el mismo pueda uti lizarse con chips de cualquier operador de tele fonía celular, su práctica no constituye delito, siempre que se cuente con el consentimiento explí cito del titular del móvil, y saber realizar este proce dimiento puede generar buenos ingresos, especial mente para los técnicos reparadores. En esta nota veremos cómo se liberan algunos modelos de teléfonos Sagem y Pantech. Autor: Ing. Horacio Daniel Vallejo e-mail: [email protected]

A

noche estaba mirando un noticiero de la televisión Argentina y un periodista presentaba un informe sobre “la mafia de los liberadores” explicaba que se roban más de 5000 teléfonos al mes y que la gente en general los denuncia como perdidos en lugar de efectuar la denuncia por robo. También comentaban que los teléfonos robados se venden a personas que realizan la liberación del aparato raspando no se qué cosa y colocando no se qué chip misterioso… y, por si eso fuera poco, el periodista comentaba que “raspan” un número colocando el de otro usuario por lo cual el móvil indefectiblemente dejaba de funcionar a los tres meses… Lo que me preocupa de dicho informe es que si yo, que juego con teléfonos celulares desde hace más de 10 años, no entendí lo que se trataba de indicar en dicho informe, entonces ¡qué habrán entendido los que miraron el programa! Creo que hay una confusión

muy grande y desinformando se contribuye aún más con la ignorancia, por eso, una vez más voy a reiterar una serie de conceptos que ya debo haber mencionado unas veinte veces en estas páginas pero que nunca están de más, especialmente si es la primera vez que lee esta sección. Uno de los problemas más grandes con que se encuentra el técnico es la falta de información. Lo mismo ocurre con algunas autoridades de contralor y, a juzgar por el informe televisivo al que he hecho referencia hace un instante, los que deberían informarnos “suelen trasgiversar” muchos conceptos. Otro problema grave es que a veces, los técnicos, no poseen una formación teórica que le permita comprender qué está haciendo cuando usa una cajita de liberación que normalmente paga fortunas (cualquier caja como la smart, red box, tornado, dongles, etc. las cobran más de 300 dólares) y terminan dañando el teléfono.

Lo primero que debemos saber es que todos los teléfonos celulares son implícitamente iguales ya que todos pueden comunicarse entre sí por medio de la red de telefonía celular y, por más que cambie la tecnología (CDMA y GSM, por ejemplo) lo que distingue a los móviles entre sí es la cantidad de tareas adicionales a la comunicación que cada uno hace (sacar fotos, reproducir videos, comunicarse a Internet, ejecutar juegos, reproducir música, etc.). Si el teléfono es de uno (no es de la compañía telefónica o no está en comodato), puede hacer con él lo que uno quiera, menos cambiarle su número de documento (IMEI en teléfonos GSM y número de serie en teléfonos CDMA). Si cambia el IMEI de un teléfo no es como si le cambiara el núme ro de motor a un automóvil y eso es ILEGAL. Cuando a un teléfono se lo

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Cuaderno del Técnico Reparador denuncia como perdido o robado, se coloca su número de IMEI dentro del sistema global de comunicaciones de modo que ese móvil NO PUEDA ser activado, por lo cual la única manera de que ese teléfono pueda ser usado en la red es cambiando su IMEI, es decir, COMETIENDO DELITO. Al proceso de cambio de IMEI de un celular se lo conoce como CLONACION y reiteramos que es un proceso penado por la ley. Justamente los que integran “la mafia de los celulares” cambian este número, colocando otro que toman de listados “piratas” que bajan de Internet. ESO ES DELITO, ESO ES LO QUE ESTA MAL Y CUANDO ALGUIEN QUIE RA COMPRAR UN TELEFONO USADO, LO PRIMERO QUE DEBE HACER ES ASEGURARSE QUE NO LO HAYAN CLONADA. Para saber si es un teléfono legal o no hay varias técnicas, pero la más común es corroborar que el número que se obtiene por software al teclear el código *#06# coincida con el número que posee la etiqueta que se encuentra en el compartimento de la batería; luego, es fácil darse cuenta si la etiqueta de la batería ha sido violada por lo cual resulta casi imposible clonar un celular sin que deje rastros fáciles de seguir.

un teléfono celular se realiza para permitir que un móvil GSM pueda reconocer a un chip de cualquier compañía y su proceso NO ES ILEGAL. La liberación es una tarea muy similar para cualquier celular y la técnica a aplicar dependerá de la complejidad del sistema operativo que posee el teléfono y de las llaves o candados que deben ser quitados para permitir su programación. Recuerde que, a su vez, la liberación consiste en quitar un candado que las empresas operadoras colocan en una posición de la memoria de usuario y para ello muchos programadores realizan aplicaciones (programas) para escribir los datos en dicha memoria que permitan quitar el mencionado candado. El esquema es similar al que los electrónicos empleamos para programar a un microcontrolador. Por un lado necesitamos conectar al micro con la computadora, y para ello se usan tarjetas programadoras o bien se arman cables de conexión para comunicar al microcontrolador con un puerto de la computadora. Luego, es necesario un programa que permita cargar un archivo en la memoria del microcontrolador. En un teléfono celular ocurre lo mismo, ya que dicho aparato posee en su interior un microcontrolador Al momento de escribir esta que se encarga de supervisar y nota Editorial Quark estaba ulti - realizar “todas las tareas” que deba mando detalles para editar el ejecutar el dispositivo. “Manual de Pericias de Telefonía Por supuesto que una empresa Celular”, cuyo autor es Jorge puede reservarse el derecho de Rubén Rodríguez, perteneciente al “retirar” la garantía sobre un equiGabinete Pericial de la Policía de po si es que ha sido programado Santa Fe y que cuenta con mi cola - sin utilizar las herramientas sugeriboración para la explicación de das por el fabricante, pero la prácdetalles técnicos. Esperamos que tica de la liberación no es ilegal, este texto sea de utilidad para que simplemente si se daña el equipo, el lector pueda profundizar sus se pierde su garantía (pero no es conocimientos sobre lo que es ilegal). legal y lo que está penado. Para que se entienda, si Ud. rompe la faja de garantía de un Pero lo que es muy importante televisor, no comete delito, pero si de destacar es que la liberación de se daña dicho televisor, no le van a

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reconocer la garantía porque la faja ha sido violada. Para liberar un teléfono celular se pueden emplear distintas técnicas a saber: 1) Empleando cajas o dongles especiales. 2) Por medio de introducción de códigos. 3) Mediante el empleo de pro gramas. Las cajas especiales suelen ser costosas y normalmente quedan obsoletas para nuevos modelos (por más que el fabricante nos asegure que brinda actualizaciones periódicas). Para la introducción de códigos a veces es suficiente con tener programas denominados “calculadoras de códigos” y otras veces el operador nos debe indicar cuál es el código (es más fácil sacarse la lotería) por lo cual no es un método que garantice resultados siempre. Por lo dicho, el método al que solemos recurrir es al de empleo de programas y para ello utilizamos aplicaciones que suelen realizar programadores de todo el mundo, muchas veces “comenzando desde cero” y otras veces empleando algoritmos de código abierto. Ahora bien, para que los usuarios no ingresen al modo “programación” fácilmente (lo que podría ocasionar daños involuntarios), las empresas suelen colocar códigos o claves para poder “programar” al teléfono de modo que por más que uno posee los programas de gestión y tenga los cables de conexión adecuados, si no sabe el código que permita la programación, entonces NO VA A PODER PROGRAMAR O FLASHEAR el aparato. Los técnicos avanzados, saben que estos códigos colocados por los programadores son INTERRUPCIONES al programa principal de booteo o arranque del móvil y que dicha interrupción puede quitarse por hardware, es decir, colo-

Técnicas de Liberación de Celulares cando un potencial en alguna pata del microcontrolador que inhiba la interrupción, a la técnica que permite realizar este proceso se la denomina TEST POINT. En Saber Electrónica, desde hace varios años, explicamos diferentes técnicas de liberación y programación de teléfonos celulares pero lamentablemente no existen recetas mágicas. Sin embargo, basta con saber que un teléfono es como una computadora… tiene teclado, pantalla y CPU, posee un programa de arranque (llamado programa de booteo que es el equivalente al programa contenido en la BIOS de una PC), un sistema operativo que generalmente es del tipo OS o Simbian (equivalente al Linux o Windows de la PC) y aplicaciones (como también las tiene una PC). Luego, el técnico debe saber que en todos los aparatos, el código que impide que se sincronice con un chip de cualquier operador está siempre en la misma posición de memoria y tiene que conocer qué es lo que debe ir para que el teléfono esté liberado. Si tiene un teléfono celular Pantech o un Sagem y quiere usarlo con otro operador, necesitará liberarlo, es decir, deshacer el blo-

queo del móvil para que se pueda usar con cualquier operador del mundo. La liberación por medio de programas requiere el uso de cables que conectan al teléfono con la computadora a través del puerto serial de dicha computadora ya que TODOS LOS TELEFONOS CELULARES POSEEN PUERTO DE COMUNICACIONES (RS232), es por eso que en Saber Electrónica Nº 235 publicamos el circuito de una caja de trabajo RS232 que sirve para conectar a cualquier teléfono celular (sí… cualquiera) con el puerto COM de una PC. Luego, todo técnico en celulares debería tener dicha caja (si no la tiene descargue le circuito e indicaciones de armado desde nuestra web: www.webelectronic a . c o m . a r, haciendo click en el ícono password e ingresando la clave: “telcel”) y saber cómo acceder a los tres cables del puerto RS232 en el teléfono (justamente la forma de hacerlo es lo que solemos explicar en estas páginas) Normalmente, en una casa especializada (tienda) liberar un celular tiene un precio de entre 10 y 50 dólares (dependiendo de la marca y modelo). Es por eso que desde hace 7 años elaboramos

material educativo para que el lector se capacite y así tenga una salida laboral.

Liberación de Móviles SAGEM Si bien hay muchos modelos de estos celulares, la mayoría de ellos no precisan técnicas de Test Point y para liberar un equipo basta contar con el cable de datos (vea la figura 1) o tener la caja de trabajo RS232 y armar el cable en función de los datos dados en el manual de uso de dicha caja, utilizando el conector de la figura 1 como guía para su armado. Para liberar teléfonos modelos RC810 /MC810 o en general los modelos 6xx, 7xx & 8xx debe usar el programa “Sagem 810 Unlock” que puede bajar a partir del link dado en nuestra página web (ingrese a www.webelectronica.com.ar, haga click en el ícono password e ingrese la clave “sagem”) Primero arme el cable del teléfono, conéctelo a la caja RS232, conecte la caja al puerto RS232 de la PC y encienda el terminal (debe quitarle el chip) .conecta el cable al teléfono móvil y a continuación

Figura 1

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Cuaderno del Técnico Reparador

Figura 2

Figura 3

enciende el terminal. El terminal debe estar sin tarjeta SIM. Ejecute el programa (Sagem 810 Unlock) y aparecerá la imagen de la figura 2. Presione el botón "Unlock/Lock". Comenzará a programarse el código de liberación mientras aparece la imagen de la figura 3. El teléfono móvil se liberará a los pocos segundos.

Recuerde que la batería del teléfono móvil debe estar totalmente cargada y que nunca debe desconectar el cable mientras el terminal está en proceso de liberación. En caso de querer liberar móviles Sagem MY-X1/X2 /C2 recomendamos usar el programa Sagem Furious Calculator - Reloaded Edition que puede bajar con la clave dada anteriormente. El cable

Figura 4

Figura 4

Figura 6

Figura 7

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puede armarlo en función del circuito mostrado en la figura 1 o puede utilizar la caja RS232 y el cable que construye siguiendo las instrucciones dadas en el manual de la caja. La pantalla de bienvenida cuando ejecuta el software se muestra en la figura 4. Para realizar la liberación de la unidad conecte el cable al teléfono móvil y a continuación encienda el

Técnicas de Liberación de Celulares Figura 8

terminal. El terminal debe estar sin tarjeta SIM. Ejecute el programa (Sagem Furious Calculator - Reloaded Edition). Seleccione el modelo que desea liberar y pulse sobre el botón "Log", el programa le leerá los datos del terminal (figura 5). Luego, haga click sobre el botón "Start", el programa comenzará a buscar el código de liberación, tal como muestra la figura 6 (puede tardar unos minutos). Una vez que termina el proceso de búsqueda el programa mostrará el código de liberación (Hi Lock), figura 7. Prenda el celular con una tarjeta SIM de otra compañía, cuando le diga "Tarjeta errónea" introduzca el código de liberación y pulse en "Validar". El teléfono quedará liberado. Una vez más recuerde que la batería del teléfono móvil debe estar totalmente cargada y nunca desconecte el cable mientras el terminal está en proceso de liberación.

Liberación de Móviles Pantech En este caso, también hay muchos modelos de estos celulares, muchos se pueden liberar por introducción de códigos y otros mediante programas para lo cual basta con tener el cable de datos (vea la figura 8) o tener la caja de trabajo RS232 y armar el cable en función de los datos dados en el manual de uso de dicha caja, utilizando el conector de la figura 8 como guía para su armado. Para resetear un móvil Pantech hay que realizar la siguiente 4 secuencia: Figura *01763*737381# Para realizar la liberación sugerimos el software pone "PANTECH 1410-3200 100% UNLOCK" que puede bajar a partir del link dado en nuestra página web (ingrese a www.webelectronica.com.ar, haga click en el ícono password e ingrese la clave “pantech”). Este programa permite el uso de cable USB o cable RS232. Nosotros sugerimos el uso de

cable RS232 (debe emplear la caja de trabajo RS232) ya que de esta manera se minimizan los riesgos de equivocarse. En caso de usar el cable USB, deberá lograr que la PC reconozca al móvil y para eso debe instalar drivers (en caso de usar cable serial no es necesario instalar drivers). Si no posee los drivers del teléfono los puede bajar de: www.pantechmobile.com.mx /care/utilidadespcsync.html En el caso de usar cable USB y que Windows XP notará que el cable USB está “asociado” como serial en el puerto 5, debe cambiarlo a puerto 2 y para ello vaya a: Panel de Control - Sistema Hardware - Administrador de dispositivos, haga click en el signo (+) de Puertos (COM - LPT), luego haga click con el botón derecho del mouse en "Prolific USB-to-Serial Comm port", luego en Propiedades, Configuración de Puerto, Opciones Avanzadas, y donde dice "Número de Puerto" debe cambiarlo por el 2 y Aceptar (asegúrese que no esté ocupado

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Cuaderno del Técnico Reparador por otra aplicación), si está ocupado fíjese cualquiera entre la 1 y 4 que no esté ocupada. Posteriormente retorne a “configuración de puerto” y coloque en Bits por Segundo 115200 y Aceptar. Ya tiene configurado el puerto para programar el teléfono por cable USB. Con cable serial no es preciso hacer nada de todo lo dicho. Conectado el teléfono con la computadora, préndalo (debe estar sin el chip), ejecute el programa y coloque el puerto y la velocidad que puso en la configuración anterior (puerto = 2; velocidad = 11520). Siga los siguientes pasos: 1) Haga Click en PORT, el software va a empezar a funcionar y una vez que habilite de nuevo las casillas hacer click en READ FLAG.

3) Haga click en WRITE FLAG y espere a que termine el proceso. El teléfono queda liberado. Si se encuentra en Argentina, para que funcione con las tres compañías, los datos deben ser: Figura 9

2) Una vez que leyó el contenido del teléfono, en general, si se encuentra en diversas regiones de América Latina debe reemplazar los valores LEIDOS por los que se muestran en la figura 9, que son los siguientes: MCC 724 724 724 MNC 5 2 31

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Status 0 1 2 MCC 722 722 722 MNC 340 310 070 Donde: 722 340: VALORES PARA PERSONAL 722 070 VALORES PARA MOVISTAR 722 310¨¨: VALORES PARA CTI De más está decir que lo dado hasta aquí es una guía simplificada y que, en la medida que avancemos en ediciones de nuestra querida revista, seguiremos publicando otros métodos de liberar diferentes modelos de celulares. ¡Hasta el mes próximo! ✪

Cuaderno del Técnico Reparador

Mediciones en Audio Digital con la Sonda de Temperatura Una buena soldadura requiere un estricto control de temperatura. Nosotros estamos trabajando en un con trol de temperatura para soldador y llegamos al punto en que debemos ajustarlo. Como el ajuste depende de las constantes térmicas del soldador, no podemos brindar una solución universal. Cada alumno cons truirá un dispositivo levemente distinto. Es decir que tenemos que estudiar el problema a fondo para que Ud. sepa cómo modificar el dispositivo. Por: Ing. Alberto Horacio Picerno [email protected]

C

uando construimos un dispositivo electrónico necesitamos patrones eléctricos confiables para ajustarlos. Por lo general, usamos un téster digital como patrón de tensión y de resistencia. Cuando construimos dispositivos térmicos; requerimos patrones térmicos para su ajuste. Si Ud. tiene un téster digital con sonda medidora de temperatura, tendrá un excelente patrón de comparación para nuestro dispositivo. Si no lo tiene, sólo vamos a necesitar un poco de agua, una pava, la hornalla de nuestra cocina, un poco de hielo de la heladera, un soldador (si puede conectarlo a una fuente Evariac todo se hace más sencillo). En fin, son cosas que existen en un hogar cualquiera, no tiene que comprar nada especial. Lo primordial es calibrar nuestro dispositivo medidor de temperatura de modo que sólo quede encendido el led inferior cuando la temperatura es de cero grados. Y que encienda el

led número 10 con 100ºC. De ese modo, cada led indicará un salto de 10ºC si se construye un voltímetro de 10 leds; existe la opción de construir un voltímetro de 20 o más leds que aumentaría la precisión de la lectura. El patrón de 0ºC Tome una cubetera de hielo de la heladera y rompa todos los cubitos en 4 o 5 pedazos. Vuélquelos en una jarra plástica de 1 litro y complete con agua hasta la mitad de su capacidad. Deje reposar 10 minutos y luego revuelva la mezcla. Mientras en el agua existan cubitos en estado sólido la temperatura será de 0ºC. El patrón de 100ºC Tome una pava y vierta agua hasta la mitad. Colóquela sobre la hornalla de la cocina y espere hasta que hierva. Cuando el agua comienza a hervir y hasta que se haya agotado el agua, la temperatura será de 100ºC.

El patrón de 186ºC Conecte su soldador a la red mediante un diodo 1N4006 para que la temperatura de la punta aumente gradualmente. Tome un alambre de soldadura con aleación 63/37 de Sn/Pb y pruebe si se funde al acercarlo a la punta. Cuando comience a fundirse la punta estará a 183ºC. Arme la sonda medidora que fue publicada en Saber 252 y que mostramos en la figura 1 de la entrega anterior y conecte un téster digital en la salida IO1. Recuerde que el transistor debe estar conectado con un cable de tres conductores, de aproximadamente, un metro de largo. Además debe tener un disipador cuadrado de aluminio de 2 mm de espesor aproximadamente y una superficie de 2x2 cm con el transistor montado en uno de los bordes, de modo que sus patas sobresalgan. Suelde los tres cables y aísle la parte metálica de las mismas con espagueti termocontraíble. Cuando coloque el transistor

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Cuaderno del Técnico Reparador con su disipador dentro del agua con hielo, la tensión de salida debe descender hasta aproximadamente 100mV. Si indica otra tensión, ajústela con el preset R4. Luego saque la pava de agua hirviendo del fuego y apenas deja de hervir coloque el transistor con su disipador dentro del agua. La indicación del téster debe ser de 5V. Si indica otra tensión debe ajustarla con el preset R8. Vuelva a ajustar con el patrón de 0ºC y con el patrón de 100ºC varias veces, hasta que no haga falta ajustar ninguno de los preset. Para ajustar el cambio de estado del otro operacional, sólo debe hacerle un dial al potenciómetro R14. El cero de ese dial debe corresponder con el cambio de estado de la salida IO2 cuando se use el patrón de 0ºC y el 100 cuando se use

el patrón de 100ºC. Ud. debe mover el potenciómetro y donde cambie el estado, hacer la marca. Luego divida el dial en 10 partes y obtendrá los ajustes intermedios. Si lo coloca en 70ºC y coloca como carga en IO2 un led y un resistor de 1kΩ, el led se encenderá cuando la temperatura llegue a 70ºC. Con esto Ud. ya tiene construido un termómetro de 0 a 100 ºC de uso múltiple que puede servir para muchas cosas, como por ejemplo medir la temperatura del block de un motor. Medir la temperatura ambiente y calefaccionar o refrigerar cuando se llegue a cierta temperatura, o darle el uso para el cual fue diseñado que es controlar la temperatura de un soldador. En la próxima entrega le indicaremos cómo montar el transistor medidor de temperatura

sobre nuestro soldador modificado.

Conclusiones En la sección de DVD aprendimos cómo realizar la segunda parte de la secuencia de arranque utilizando un disco de prueba PLUS CD y un disco DVD comercial. Para que el alumno lo tenga a mano realizamos una síntesis en forma de tabla, tanto de la primera como de la segunda parte de la secuencia de arranque. En la sección de SMD explicamos cómo ajustar la sección medidora del control de temperatura para soldador y cómo aplicar el dispositivo a otros usos. En la próxima entrega aprenderemos a montar la sonda sobre el soldador modificado. ✪

Figura 1 - Diagrama de la sonda medidora.

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MONTAJE

Cable de Datos para OBD2 Presentamos en este artículo el cable de datos o interfase para conectar a un automóvil con una computadora para leer códigos de error en el sistema de diagnóstico a bordo universal denominado OBD2. El circuito surge como una modificación de un escaner universal para que pueda ser utilizado con el programa LT Soft, en su versión 1.0.7 que puede descargar de Internet. El sistema se encuentra aún en experimentación pero ya ha arrojado buenos resultados en la mayoría de los casos. Al momento de escribir este artículo se estaba diseñando el circuito impreso para su montaje definitivo, lo que será material para un futuro artículo de nuestra querida revista. Autor: Horacio Daniel Vallejo [email protected]

O

BD II responde a la frase “On Board Diagnostics Second Generation”: Diagnóstico a Bordo de Segunda Generación. Las computadoras de los vehículos han evolucionado estos últimos años de tal manera que la capacidad de procesamiento de los últimos adelantos en computación no tenían por qué ser ajenos a los vehículos. La diferencia entre OBD II y los sistemas computarizados anteriores a 1996 consiste, elementalmente, en que el sistema OBD II es un sistema que generaliza la forma de leer los códigos de la com-

putadora de a bordo, lo que quiere decir que no necesita adaptadores para hacer la conexión, sin importar si los vehículos son de fabricación nacional o extranjera; ni tampoco andar rastreando por todo el vehículo tratando de ubicar el bendito

conector que sirve para apagar la luz de: "chequear el motor", "servicio rápido", "check engine", etc. A partir de enero de 1996 se requiere que los vehículos vendidos en muchos países de la región sean compatibles con OBD II. Los sistemas OBD II reúnen los requisitos adecuados para monitorear y detectar fallas, permanentes o intermitentes que podrían hacer que un vehículo contamine el medio ambiente. El sistema OBD II almacena una gran cantidad de códigos generales de problemas, junto con códigos específicos de los fabricanFigura 2 tes. Estos códigos se clasifican en:

Saber Electrónica 57

Montaje Código B Sistemas de la carro cería. Código C Sistemas del chasis. Código U Comunicaciones de la red. Código P Sistemas del tren de potencia (Motor y Transmisión). Recuerde que un motor controlado por una computadora es similar al viejo motor no computariza-

do, debido a que el principio de combustión interna es el mismo (pistones, bujías, válvulas, cigueñal, árbol de levas, etc.) Igualmente los sistemas de carga, arranque y encendido son similares. En otras palabras, los probadores de encendido, los medidores de compresión, las bombas de vacío y las lámparas de sincronización siguen siendo útiles.

Figura 1

Saber Electrónica 58

El circuito de la figura 1 es una interfase entre el conector OBD2 de la computadora de un auto y una computadora personal que tiene instalado el sofware de gestión apropiado. El circuito puede funcionar con cualquiera de los tres protocolos definidos bajo normas ISO y SAE. Este circuito puede funcionar como un elemento de exploración simple

Cable de Datos para OBD2 Figura 3

Lista de Materiales

y eficaz, pudiendo detectar mensajes definidos en SAE J1979 para cualquiera de los tres tipos de puesta en práctica OBDII (PWM, VPW, la ISO 9141-2). Como veremos en futuras ediciones, el circuito también puede ser usado como una interfase económica para la supervisión de ciertos parámetros de un vehículo, tales como la velocidad, las REVOLUCIONES POR MINUTO, el refrigerante, la temperatura, la carga de motor, el caudal de aire

de entrada, etc. Nosotros “probamos” el software LT Soft, cuya pantalla se muestra en la figura 2 y los resultados han sido satisfactorios, razón por la cual seguimos desarrollando el proyecto y próximamente lo presentaremos en las páginas de Saber Electrónica. Si Ud. desea descargar los detalles de este circuito y notas completas sobre OBD, OBD2 y códigos de e r r o r, diríjase a nuestra web: www.webelectronica.com.ar, haga

IC5, C6 - .01µF, 25V C4 - .1µF, 25V C3 - .47µF, 50V C2,C1 - 20 pF, 50V R11, R12, R23, R9, R1, R3, R4, R25, R8 - 10kOhm, 1/4 Watt R24 - 18kOhm, 1/4 W R19, R18, R7, R20, R22, R5, R6, R13 1kOhm, 1/4 W R21 - 5.6kOhm, 1/4 W R16, R17 - 510Ohm, 1/4 W R10 - 62kOhm, 1/4 W R15 - 9.1kOhm, 1/4 W R14 - 270Ohm, 1/2 W R2 - No se usa D2 - 1N4739 Zener, 9.1V, 1W D1, D3 - 1N4148 Diodos de uso general Q3, Q4, Q5 - PN2222 Transistor, NPN Q2 - PN3904 - Transistor, NPN Q1 - PN3906 - Transistor, PNP IC2 - 7805 Regulador de tres terminales de 5V IC3 - LM339N Quad Comparator IC1 - 16F84-20 Microprocesador (firmware 1.07) XTL 1 - 20 MHz Cristal, 20 MHz click en el ícono password e ingrese la clave: OBD2. ✪

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MONTAJE

Osciloscopio de Media Frecuencia Construya un Osciloscopio Capaz de Mostrar Señales de Video con la Placa IGTV - Agregado de Control de Sincronía Esta es la cuarta entrega dedicada a la construcción de nues tro osciloscopio de media frecuencia. En esta ocasión incor poraremos sincronía de disparo, con lo que podremos lograr que la señal en la pantalla permanezca fija para su análisis. En cada artículo hemos agregado una o más funciones a nuestro instrumento. Nuestro objetivo es terminar con un os ciloscopio cuyo desempeño sea semejante al de un modelo comercial, aunque con un costo mucho menor. Por: Luis Roberto Rodríguez Introducción Recuerde que cada artículo termina con un osciloscopio funcional, es decir, nuestro instrumento puede ser utilizado al terminar cada fase del desarrollo aunque con funciones reducidas, las cuales iremos aumentando con el correr de las ediciones.

modo prácticamente no presenta ninguna ventaja, por lo que no se implementará en nuestro instrumento. Incorporaremos únicamente el modo automático y el modo mono disparo.

donde la señal queda grabada en memoria para su análisis posterior. En un instrumento analógico este modo carece de utilidad práctica, esto debido a que el trazo se desvanece en un instante (aunque existen osciloscopios analógicos con trazo persistente).

Modo Automático Nivel de Disparo

Sincronía de Disparo Cuando analizamos alguna señal eléctrica en el osciloscopio, si ésta es repetitiva lo ideal es que la forma de onda en la pantalla inicie en un mismo punto cada vez que se despliega, lo cual hace que en apariencia observemos una señal fija en la pantalla. De otro modo, al faltar sincronía en el disparo, cada vez que la señal se despliega aparecerá desplazada con respecto a la anterior lo cual hará difícil si no imposible su análisis. Como apuntábamos en un artículo anterior, por lo general existen 3 módos de disparo: normal, automático y único. El modo normal es adecuado para osciloscopios analógicos, sin embargo en el nuestro por ser digital, este

En el modo automático el instrumento espera que se rebase cierto nivel en la señal de entrada para iniciar el despliegue de la forma de onda. Si tal nivel (el cual es variable) no se rebasa en cierto tiempo, automáticamente se genera un disparo, de esta forma siempre habrá un trazo visible en la pantalla.

Modo de Disparo Unico En este modo el instrumento no mostrará ningún trazo hasta que se haya rebasado el nivel prefijado de disparo. Si esta condición no se presenta, el instrumento permanecerá en este estado hasta que cancelemos el modo. Esta característica es de enorme utilidad en los instrumentos digitales,

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En nuestro osciloscopio, mediante un potenciómetro modificaremos el nivel de disparo. La posición la observaremos visualmente por medio de una pequeña flecha en la parte izquierda de la pantalla. Podremos seleccionar el flanco de disparo, es decir, la imagen en la pantalla se comenzará a mostrar en el instante en que se rebase hacia arriba el nivel predeterminado (flanco positivo) o en el instante en que se descienda de tal nivel (flanco negativo). Para aclarar el concepto de sincronía en el disparo observe la figura 1. El dibujo superior representa el caso en el cual no tenemos sincronía. En este caso los disparos de muestreo inician cada cierto tiempo el cual es fijo, observe que T1=T2=T3. Los recuadros representan la figura que la

Osciloscopio de Media Frecuencia

Figura 1 - Posición vertical.

pantalla del osciloscopio mostraría. Como se puede apreciar, la señal en cada cuadro es distinta cada vez que hay un inicio de muestro, lo que no permitiría un análisis cómodo de la señal, aunque esta sea cíclica. Ahora observe la figura inferior. En este caso hemos programado el disparo para que inicie el muestreo cada vez que la señal rebasa el nivel de sincronía. Cada vez que la señal rebasa (en descenso) el punto A, se comienza el muestreo en el mismo punto, lo que se reflejará en una señal fija (al menos horizontalmente) en la pantalla. Observe que las 3 pantallas muestran la misma figura. Obviamente esto es válido para las señales cíclicas. Si la señal es aleatoria de cualquier manera se comenzará el muestreo al rebasarse el nivel de sincronía, sin embargo cada imagen desplegada en la pantalla será distinta a la anterior. Si después de cierto tiempo la señal no desciende del nivel de sincronía, simplemente se genera un disparo automáticamente, de tal modo que siempre habrá trazo en la pantalla.

Esto es válido sólo para el modo automático, en el modo de disparo único el instrumento esperará indefinidamente, o hasta que cancelemos el modo.

Implementación de la Sincronía por Software En nuestro caso el nivel de sincronía se introduce por medio de un potenciómetro cuya pata central se lleva a la entrada AN0 del microcontrolador. Utilizando el convertidor analógico-digital integrado convertiremos esta señal en un dato digital el cual será el nivel de disparo y se almacenará en el registro ADRESH.

Aunque podríamos utilizar un comparador analógico para determinar el momento en que la señal de entrada cruza el nivel de disparo, esto aumentaría el número de componentes en nuestro instrumento, además… ¡estamos en la era digital!, así que implementaremos esta función mediante software. La idea básica es leer dos puntos de la señal de manera consecutiva y analizar sus valores comparándolos con el nivel predeterminado de sincronía. Como ejemplo, supongamos que deseamos que el muestreo se inicie en el momento en que la señal rebasa hacia arriba al nivel de sincronía, esto es, deseamos determinar el flanco positivo. Observe la figura 2.

Figura 2 - Puntos de muestreo para determinar el flanco.

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Montaje ;=================================================================================== ; ESPERAR SUBIDA DEL DATO ;-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ESP_SUBIDA BCF _WR ; Tomar una muestra. NOP NOP NOP BSF _WR NOP NOP NOP MOVF DATOS,W ; Colocar el resultado del A/D en W MOVWF Dato ; Ahora mover el resultado a Dato CPSMN Temp0,ADRESH,LazoEB ; ¿Temp0 es menor que ADRESH? MoverTemp0 MOVR Temp0,Dato ; Ahora Dato es el punto 1. GOTO ESP_SUBIDA RETURN LazoEB CPSMY ADRESH,Dato,MoverTemp0 ; ¿ ADRESH es mayor que Dato? CLRF Dato ; FLANCO POSITIVO RETURN Tabla 1 - Código para detectar el flanco positivo.

Figura 3 - Diagrama de flujo para detectar el flanco positivo

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En la figura se muestran 3 pares de puntos en la señal de entrada, el primer dato se almacena en el registroTemp0 y el segundo en el registro Dato. Primero veamos el caso del par de puntos 1 y 2. En este caso Temp0 y Dato son mayores que ADRESH, por lo que este segmento no nos interesa. En el caso de los puntos 3 y 4 se observa que el punto Temp0 es mayor que ADRESH (sincronía) y el punto Dato es menor que ADRESH, por lo que en estos puntos la señal tiene un flanco negativo, no nos interesa. Ahora observe los puntos 5 y 6. En este caso Temp0 es menor que ADRESH y Dato es mayor que ADRESH, por lo que aquí se presenta la condición buscada y en este momento se inicia el muestreo. Sencillo, ¿no cree usted, estimado lector? Bien, se pone de manifiesto una vez más la “magia” de los microprocesadores, ya que podemos emular muchas funciones analógicas cómodamente mediante software. La figura 3 muestra un diagrama de flujo para la lógica del ejemplo anterior y la tabla 1 muestra un extracto del código empleado.

Osciloscopio de Media Frecuencia Cabe aclarar que antes de llamar Por ejemplo, observe la instrucOsciloscopioB4.hex a la subrutina ESP_SUBIDA, ya exis- ción CPSMN Temp0,ADRESH,La- Archivo binario para programar el PIC te el dato del primer punto, el cual se zoEB. almacena en el registro Temp0 (obserOsciloscopioB4_t.hex A r c h i v o ve el diagrama de flujo). El significado es el siguiente: binario para interruptores sensibles al Bien, en cuanto se llama a la su“Compare Temp0 con ADRESH y tacto brutina, esta lee una muestra y la al- salte a la etiqueta LazoEB si Temp0 macena en Dato. Ahora ya tenemos es menor”. Estos archivos están disponibles los dos puntos consecutivos y procegratuitamente en la página WEB de la demos a comparar sus valores con el Cuando el ensamblador encuentra revista. nivel de sincronía (ADRESH). Si se esta instrucción la sustituye por las cumple la primera condición del punto instrucciones “estandar” del conjunto Temp0 saltamos al LazoEB, donde de Microchip. Estas instrucciones al Operación comparamos ahora el segundo punto ejecutarse emulan la macro. (Dato) con ADRESH. La figura 4 muestra la pantalla del En caso de que Dato sea mayor osciloscopio con sincronía automática que ADRESH continuamos con la siArchivos de Código y disparo por flanco positivo, mientras guiente instrucción la cual pone un ceFuente y Binario que la figura 5 muestra el caso del ro en el registro Dato para indicar flanflanco negativo. Observe dónde se inico positivo y regresa. Los archivos utilizados para este cia en cada caso la onda cuadrada. El programa principal analiza el re- proyecto son los siguientes: Observe la pequeña flecha localigistro Dato y si este es cero inicia el zada en la parte izquierda de la pantamuestreo de la señal, ya que se ha OsciloscopioB4.asm A r c h i v o lla. Tal flecha señala el nivel de sincrodetectado un flanco positivo. fuente. nía, el cual podemos modificar por En realidad la subrutina medio del potenciómetro R30. también muestrea si se ha presionado algún botón, y en caso de ser así, Dato regresa con el Función Sincronía de Disparo número 2 en lugar de cero. De esta manera el programa prinEn esta ocasión hemos agregado cipal determina si se presiona una función más al menú, la cual algún interruptor mientras se es SINC, como podrá observar en ejecuta la subrutina para deteclas imágenes de las pantallas. Con tar el flanco positivo. el botón MODO seleccionamos el Hemos omitido el código disparo, ya sea automático o único. para muestreo del botón en Con el botón FLANCO seleccionanuestro ejemplo con fines dimos el disparo, ya sea de subida o dácticos, ya que nuestro objetide bajada, lo cual viene indicado Figura 4 - Disparo automático con flanco positivo vo se centra en la detección del por el pequeño dibujo de la flecha flanco. enseguida del indicador “AUTO”. Los lectores interesados en En el modo disparo único el insel código en ensamblador y que trumento esperará indefinidamenno han leído los artículos antete hasta que se produzca el flanco riores relacionados con la placa seleccionado, sin embargo siemIGTV seguramente se estarán pre podremos detenerlo presiopreguntando por el significado nando el botón ALTO, el cual es el de algunas instrucciones en el mismo botón que DISP, solo que código las cuales no pertenecen el texto se cambia por “ALTO” al lenguaje de Microchip. Bien, cuando el instrumento espera allo que sucede es que hemos gún flanco en el modo MONO. utilizado un conjunto de macros La figura 6 muestra la operación desarrolladas para facilitar esdel osciloscopio en forma de diaFigura 5 - Disparo automático con flanco negativo cribir código en ensamblador. grama de operación.

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Montaje Diagrama Esquemático La figura 7 muestra el diagrama esquemático de nuestro osciloscopio en su fase IV. Aunque la función agre-

gada en esta ocasión es de gran utilidad, el costo de su implementación fue muy bajo, ya que sólo se necesitaron 2 resistencias, un potenciómetro y un condensador.

Sólo puede mostrar señales de audio (baja frecuencia). Sólo puede mostrar señales de corriente alterna. No tiene sincronía del disparo. Sólo tiene una escala vertical. No tiene posición horizontal ni vertical. No tiene cursores. Sólo tiene memoria para una pantalla. Sólo tiene un canal. Tiene impedancia baja a la entrada. Tabla 2 - Lista de componentes INTEGRADOS U1A, U1B - TL072 Amplif. operacional FET U2 - CMOS 4051 Selector analógico1 de 8 U3 - PIC16F874 Microcontrolador 40 patas U4 - DAC0820 Convertidor A/D de 8 bits U5 - 7805 Regulador de voltaje de 5 voltios U6 - 7905 Regulador negativo de 5 voltios U7A - TL072 Amplificador operacional FET RESISTENCIAS Y CONDENSADORES R1 - 22K R2 - Potenciómetro 10K R3-R24-R25-R26 - 4.7K R4 - 750K R5 - 220K R6-R8-R23 - 3.3K R7 - 33K R9-R10-R11-R12-R15 - 10K

Mejorado Solucionado Solucionado Solucionado Mejorado

Solucionado

R13 - 1.2K R14 - 6.8K R16-R17-R18-R19-R22 - 100K R20-R21 - 1M R27 - Potenciómetro 2K R28 - 2.2K R29 - 1.8K R30 - Potenciómetro 10K C1-C3-C6-C9-C10-C11-C12 - 0.1 C14-C15 - 0.1 C2-C13 - 100 uF 25V C4 - 4.7 pF C5 - 18 pF variable C7- C8 - 15 pF VARIOS Y1 - Cristal 20 MHz J1 - Conector BNC S1-S5 - Interruptores mini para impreso K1-K2-K3 - Relevadores 12V tipo DIP 2P2T

Figura 6 - Diagrama de operación.

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El potenciómetro R30 es el utilizado para seleccionar el nivel de sincronía. Observe que su pata central se lleva a la pata AN0 del microcontrolador para luego por medio del convertidor A/D integrado obtener su posición digital en la pantalla.

Construcción Tal como explicamos en cada fase del presente proyecto, se sugiere armar el instrumento en tarjetas de experimentos tipo “protoboard”, ya que este no es el circuito definitivo, aunque como lo establecimos anteriormente, es completamente funcional. Cuando terminemos con todas las fases del proyecto se ofrecerá el circuito impreso y los detalles de armado. En la tabla 2 se muestra la lista de componentes para esta fase.

Comentarios Finales Por último presentamos nuestra tabla de características comparativas con nuestro primer osciloscopio básico, las cuales en cada fase hemos mejorado. ✪

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Figura 7 - Diagrama esquemático.

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MICROCONTROLADORES

Telecarga AVR Aplicación para Programar AVR de Atmel Presentamos una aplicación desarrollada por Tolaemon, de uso libre y gratuito, que permite pro gramar de forma sencilla los microcontroladores de 8 bits de la familia AVR - ATmega de Atmel y poder así, realizar sus propios "proyectos hardware". Es ideal para usar con dispositivos de poca memoria de programa (8kB), pero al ser lento, puede ser un obstáculo cuando quiere trabajar con micros de mayor memoria. Por TOLAEMON www.tolaemon.com

1. Introducción Telecarga AVR es una aplicación desarrollada en Visual.Net 2003 (VB.Net) con la intención de poder programar de forma sencilla los microcontroladores de 8 bits de la familia AVR - ATmega de Atmel desde Windows XP. Este proyecto puede ser útil a aquellas personas que deseen comprender a bajo nivel cómo se programa esta familia de microcontroladores, a aquellos que deseen saber como interactuar con el puerto paralelo del PC desde Visual .NET, o a los que deseen emular una SPI en el PC. También puede interesarle a quienes, por la razón que sea, estén buscando la forma de incorporar a sus aplicaciones .NET la opción de programar microcontroladores AVR-ATmega (el autor asegura haberlo probado con éxito en Windows XP). Quienes simplemente busquen una aplicación para poder programar los microcontroladores AVR-ATmega con el código de sus proyectos, les recomiendo que no se compliquen la vida y utilicen la herramienta gratuita

AVRDude. Aunque funciona por línea de comandos, es fácilmente integrable a algunos IDEs de programación (como Programer's Notepad ) y es mucho más rápida. Telecarga AVR está desarrollado en VB.Net y para el acceso al hardware hace uso de una DLL no muy rápida lo que, en conjunto, hace que sea mucho más lento que AVRDude el cual está desarrollado en C y hace uso de unas librerías de acceso al hadware más eficientes. Esta diferencia de velocidad no se nota mucho en micrococontroladores con poca memoria Flash (como el AVR-8515 ó el 8535 de 8kB), pero se acentúa a medida que aumenta el tamaño del código a telecargar (como en el ATmega32 32KB ó ATmega64 64KB). La ventaja es que, a mi gusto, es muy fácil de usar por lo cual es ideal para aplicaciones educativas, sobre todo cuando se está comenzando a aprender.

2. Descripción General Todos los microcontroladores AVR-ATmega disponen de varias

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modalidades de programación: paralela, por JTAG, por SPI o incluso por bootloader. Telecarga AVR implementa la programación vía SPI (Serial Downloading). En este modo de programación el software de programación y el microcontrolador se comunican intercambiándose comandos y datos vía SPI (Serial Peripheral Interface). Telecarga AVR emula una SPI a través de algunos de los pins del puerto paralelo de la PC, y es través de estos, mediante los que envía los comandos y datos correspondientes a las operaciones que desea hacer sobre el micro: escribir en flash, escribir en EPROM, consultar los fuse bits, etc. Los comandos y los pines para la programación SPI pueden variar en los diferentes modelos de AVRATmega, no obstante el programa es capaz de trabajar sobre diferentes modelos, solo hay que especificar en la lista desplegable el Microcontrolador con que se desea trabajar: - AT-x-8515 - AT-x-8535

Telecarga AVR - ATmega8 - ATmega16 - ATmega32 - ATmega64 Telecarga AVR permite modificar el contenido de la memoria Flash, de la memoria EEPROM, los Fuse bits o los Lock bits del micro (en los modelos que lo permiten vía SPI). Así, para modificar el estado de las memorias basta con Resetearlas primero, Abrir luego el fichero .hex con el contenido a grabar, y finalmente Programarlo. Existen otras opciones, como las que permiten Leer el contenido de las memorias, Verificar que el contenido se ha grabado correctamente, etc. La figura 1 muestra la pantalla inicial del programa, la interfase de programación de memorias. Para modificar los Fuse bits o los Lock bits, bastará con desplegar los correspondientes formularios (pulsando en los botones Fuse bits o Lock bits, figura 2), leer el estado actual de los bits, modificar los bits deseados y luego Programarlos de nuevo.

3. Descripción General del Proceso de programación A continuación describiremos “a bajo nivel” el proceso de programación de un microcontrolador AVR8515, el cual es prácticamente idéntico al proceso de programación de los demás microcontroladores de la familia. Existen algunas diferencias en los comandos, o en algunas de las temporizaciones, pero salvando estas pequeñas diferencias, lo aquí escrito debería permitir comprender el proceso completo de programación de todos los micros de la familia AVR-ATmega.

Figura 1

Por fortuna Atmel describe con bastante detalle el proceso en el datasheet de cada uno de sus dispositivos, así que si alguien desea profundizar más en el tema le recomiendo que los consulte. 3.1 Programación del AVR-8515 y AVR-8535 vía SPI (Serial Downloading) El proceso de grabación del microcontrolador consiste en enviar (vía SPI) y grabar (mediante los comandos adecuados) el contenido que se desea tengan las memorias

Flash y EEPROM del microcontrolador y que se encuentra en el fichero .hex generado por el compilador. La memoria Flash es la memoria de programa (contiene el código) mientras que la memoria EEPROM es la memoria de datos. Como se ha dicho, todo el proceso de programación se realiza a través de la interfaz serie SPI (Serial Peripheral Interface) del microcontrolador, la cual se conecta a algunos de los pins del puerto paralelo del PC mediante los que la aplicación emula una SPI. Los pins implicados en el microcontrolador AVR85 15 son SCK (PB7), MISO (PB6), MOSI (PB5), RESET y XTAL1. Estos varian en cada modelo. El pin XTAL1 no es obligatorio controlarlo desde el programador, y si se quiere ahorrar trabajo se puede conectar directamente a un cristal siguiendo el esquema convencional (figura 3). Figura 2 La única restricción que

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Microcontroladores Figura 3

Tabla 1 procedimiento enviar_recibir(byte_enviado tipo byte, ref byte_recibido tipo byte) para peso=7 hasta 0 hacer ClearSck 'se baja la señal SCK GeneraClocks (4) 'si hay cristal no es necesario SacarBitMOSI(byte_enviado,peso) 'se pone el bit corresopondiente en MOSI GeneraClocks (4) 'si hay cristal no es necesario SetSck 'se sube la señal SCK GeneraClocks (4) 'si hay cristal no es necesario EntrarBitMISO(byte_recivido,peso) 'se lee el bit recibido del micro fin_para fin procedimiento

se ha de cumplir es que el período de esta señal debe ser como mínimo la cuarta parte del empleado en la señal SCK.El envío de los diferentes bytes, se hace bit a bit, al pin MOSI del microcontrolador: éste considera un bit válido en el flanco de subida del pin SCK. En cambio para leer un byte, se captura bit a bit, del pin MISO del microcontrolador: los bits son válidos en el flanco de bajada del pin SCK. En general el proceso de programación del microcontrolador se estructura en los siguientes pasos: - Secuencia de activación de la programación. -Envío de la instrucción de Inicialización del Modo de Programación. -Envío de la instrucción de la operación que se quiera realizar: - Instrucción de Borrado del Chip. - Instrucción de Escritura en la Memoria de Programa (Flash). - Instrucción de Lectura de Memoria de Programa (Flash). - Instrucción de Escritura en la Memoria EEPROM. - Instrucción de Lectura de la Memoria EEPROM. 3.2 Envío y recepción de un byte a través de la SPI Antes de todo, hay que comprender cómo se realiza el intercambio de datos a través de la SPI, ya que este es el canal utilizado durante todo el proceso. Básicamente lo que se hace es enviar en serie cada uno de los

bits del byte a transferir, empezando por el bit de más peso y acabando con el de menos peso. Para ello hay que colocar el bit a enviar en MOSI y una vez que éste está listo, dar un pulso a SCK para que el microcontrolador lo capture. El microcontrolador captura el valor al subir SCK, mientras que su respuesta se considera válida al bajar SCK. Un ejemplo del algoritmo a seguir es el mostrado en la tabla 1.

3.3 Inicialización del microcontrolador en el modo de programación 3.4 Instrucción de inicialización Por defecto, tras desactivar la del modo de programación línea de reset el microcontrolador en el modelo AVR-85x5 este se pone en "modo ejecución de Una vez se ha ejecutado la código" y ejecutará el código con que secuencia de inicialización anterior, ha sido programado. Si Figura 4 se desea programar se deberá poner en modo "programación SPI". Para ello se debe seguir un proceso de inicialización específico. El primer paso es mantener RESET y SCK a 0V en el momento que se da alimentación al microcontrolador. Si no existe un oscilador conectado Tabla 2. habrá que dar un pulso procedimiento activa_programacion() de clock a XTAL1. Si por ClearReset 'se deja !RESET a 0 alguna razón no se ClearSck 'se deja SCK a 0 puede mantener SCK y ActivarVcc 'se activa la alimentación GeneraClocks(1) 'se aplica un pulso de clock a la senyal Xtal1 RESET a 0V en el SetReset 'se da un pulso a !RESET momento del encendido, GeneraClocks(4) habrá que dar un pulso a ClearReset RESET de al menos dos Espera 20 msg 'se espera 20 msg fin procedimiento ciclos de XTAL1 de

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duración. A continuación hay que esperar unos 20 ms. El siguiente paso es el envío de la Instrucción de Inicialización del Modo de Programación. Un algoritmo válido para implementar la activación de la programación puede ser el mostrado en la tabla 2. La figura 4 muestra un ejemplo de activación seguida de envío y recepción: se puede observar el proceso de activación y parte del envío de la secuencia de inicialización del modo de programación.

Telecarga AVR hay que enviar al microcontrolador la secuencia correspondiente a la Instrucción de Inicialización del Modo de Programación: “10101100 , 01010011 , XXXXXXXX , XXXXXXXX” (X=cualquier valor). Si existe sincronización con el microcontrolador este aceptará la secuencia y devolverá el eco del segundo byte e irá respondiendo a medida que le vayamos enviando el resto de bytes. Es decir que si todo va bien durante la transmisión del tercer byte, nos enviará un 01010011 (53h). Si el microcontrolador no responde es que algo no ha salido bien, y deberemos intentar enviar la secuencia de nuevo. En el datasheet se especifica que si después de 32 intentos no se recibe respuesta es que no hay microcontrolador o está mal conectado, pero lo más seguro es que si en un par o dos de intentos no recibimos respuesta el microcontrolador no responda en los siguientes 30 intentos restantes, así que con probarlo 2 o 3 veces ya es suficiente. 3.5-Instrucción de borrado de la memoria en el modelo AVR-85x5 Esta instrucción borra el contenido de la memoria Flash, memoria EPROM y de los Lock Bit, mientras que no modifica los Fuse Bits. Es aconsejable ejecutar esta instrucción antes de programar el microcontrolador. La secuencia a enviar es: “10101100 , 100XXXXX , XXXXXXXX , XXXXXXXX” (X=cualquier valor). No hace falta decir que antes de poder enviar esta secuencia hay que haber activado el modo de programación y haber enviado la Instrucción de Inicialización del Modo de Programación correctamente. 3.6-Instrucción de escritura en la memoria de programa (Flash) en el modelo AVR-8515 El microcontrolador AVR8515 dispone de una memoria de progra-

ma de 8k organizada en 4096 posiciones de 16bits, cada una de las cuales se divide en una parte alta y en una parte baja, amabas de 8 bits. El contenido de esta memoria se modifica mediante la Instrucción de Escritura en la Memoria de Programa: se hacen dos accesos para cada dirección. En el primer acceso se actualiza la parte alta de la dirección de memoria, y en el segundo la parte baja, o viceversa. La secuencia es: “0100H000 , XXXXAAAA , BBBBBBBB , IIIIIIII” (H=bit que indica si se modifica la parte alta H=1, o la parte baja H=0 , X=cualquier valor, AAAA = bits altos 11..8 de la dirección, BBBBBBBB = bits bajos 7..0 de la dirección, IIIIIIII = byte a guardar en la memoria). Por lo tanto hay que enviar dos secuencias de 4 bytes cada una: una para actualizar la parte alta, y la otra para actualizar la parte baja. La actualización de un byte en memoria no es inmediata, por lo que después de escribir un valor en la memoria de programa hay que esperar un pequeño intervalo de tiempo antes de escribir el siguiente valor, este intervalo se especifica en el datasheet como Twd_prog. Una alternativa a la espera es hacer lecturas sucesivas sobre la dirección escrita, de forma que si este todavía no ha terminado de escribir el valor, retornara el valor 7Fh, mientras que si la escritura ha terminado retornara el valor escrito, lo que indica que el microcontrolador ya está listo para escribir el siguiente valor. Lógicamente el método de polling no es útil cuando se guarda el valor 7Fh en memoria, y en este caso sólo queda la opción de esperar Twd_prog. Cómo con todas las demás instrucciones, es obvio que antes de poder enviar la secuencia de Escritura en la Memoria de Programa hay que haber Activado el programador y haber enviado la Instrucción de Inicialización del Modo de Programación correctamente.

3.7-Instrucción de lectura de memoria de programa (Flash) en el modelo AVR-85x5 Como la memoria de programa se estructura en 4096 posiciones de 16 bits, y la instrucción de Lectura de Memoria de Programa sólo permite leer un byte, hay que hacer 2 accesos a la misma dirección de memoria por tal de leer su contenido completo: en un primer acceso se lee la parte alta, y en un segundo acceso se lee la parte baja, o viceversa. La secuencia de la instrucción de Lectura de Memoria de Programa es la siguiente: “0010H000 , XXXXAAAA , BBBBBBBB , oooooooo” ( H=bit que indica si se consulta el byte de la parte alta H=1, o el de la parte baja H=0 , X=cualquier valor, AAAA = bits altos 11..8 de la dirección, BBBBBBBB = bits bajos 7..0 de la dirección, ooooooo byte en el que el microcontrolador envía el valor). Así, cuando se envía el último byte de la secuencia, el microcontrolador responde a través de MISO con el byte almacenado en la parte alta o baja de la posición consultada. Al contrario que en la escritura, al leer sucesivos valores de memoria, no es necesario hacer ninguna pausa. Como sucede con todas las demás instrucciones, antes de poder enviar la secuencia de Lectura en la Memoria de Programa hay que haber Activado el programador y haber enviado la Instrucción de Inicialización del Modo de Programación correctamente. 3.8-Instrucción de escritura en la memoria de datos (EEPROM) en el modelo AVR-85x5 El microcontrolador AVR8515 dispone de una memoria EEPROM de 512 bytes organizada en 512 posiciones de 8bits, para datos. El contenido de esta memoria se programa mediante la Instrucción de Escritura en la Memoria EEPROM. La secuencia correspondiente a esta instrucción es: “11000000 , XXXXXXXA ,

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Microcontroladores BBBBBBBB , IIIIIIII” ( A = bit alto 8 de la dirección, BBBBBBBB = bits bajos 7..0 de la dirección, IIIIIIII = byte a guardar en la memoria). Cada dirección de la memoria EPROM se programa mediante un único acceso a memoria, es decir de una sola vez, al contrario de lo que sucede con la memoria de programa. Al igual que con la memoria Flash, la actualización de un byte en esta memoria no es inmediata, por lo que después de escribir un valor hay que esperar un pequeño intervalo de tiempo antes de escribir el siguiente, la duración de éste se especifica en el datasheet como Twd_prog. También se pueden utilizar técnicas de polling, pero lo más aconsejable es esperar siempre el intervalo de tiempo Twd_prog. Como con todas las demás instrucciones, no hace falta decir que antes de poder enviar la secuencia de Escritura en la Memoria de Programa hay que haber Activado el programador y haber enviado la Instrucción de Inicialización del Modo de Programación correctamente. 3.9-Instrucción de lectura de la memoria EEPROM en el modelo AVR-85x5 La lectura del contenido de una posición de la memoria EEPROM se hace en único acceso a la memoria mediante la instrucción de Lectura de Memoria EEPROM. La secuencia de la instrucción de Lectura de Memoria EEPROM es la siguiente: “10100000 , XXXXXXXA , BBBBBBBB , oooooooo” ( A = bit alto 8 de la dirección, BBBBBBBB = bits bajos 7..0 de la dirección, ooooooo byte en el que el microcontrolador envía el valor). Así, cuando se envía el último byte de la secuencia, el microcontrolador responde a través de MISO con el byte almacenado en la posición

consultada. Al contrario que en la escritura, al leer sucesivos valores de memoria, no es necesario hacer ninguna pausa. Como sucede con todas las demás instrucciones, antes de poder enviar la secuencia de Lectura en la Memoria EEPROM hay que haber activado el programador y haber enviado la Instrucción de Inicialización del Modo de Programación correctamente. 4-Acceso al puerto paralelo (IMPORTANTE) Como se ha dicho, Telecarga AVR emula una SPI a través de algunos de los pins del puerto paralelo. Para ello ha sido necesario localizar alguna librería que permita acceder a bajo nivel a los registros de este puerto desde Visual .NET, ya que por defecto éste no lo permite. Esta librería es la dll inpout32.dll, y el acceso al puerto se realiza mediante las rutinas Out para escribir, e Inp para leer (tabla 3). Es importante remarcar también que para que esta dll funcione correctamente deberá "abrirse" el acceso al puerto paralelo, ya que por defecto Windows XP no nos lo permitirá. Para ello deberemos instalar

5- Cómo descargar los archivos del proyecto Para descargar este utilitario y todos los archivos relacionados, debe dirigirse a la página: http://www.tolaemon.com/proyectos/telavr.htm La utilización de cualquier información o programa disponible en este sitio web implica la Figura 5 aceptación de las condiciones que figuran en dicha página.

Tabla 3 'Librerias de acceso al puerto paralelo. Public Declare Function Inp Lib "inpout32.dll" Alias "Inp32" (ByVal PortAddress As Integer) As Integer. Public Declare Sub Out Lib "inpout32.dll" Alias "Out32" (ByVal PortAddress As Integer, ByVal Value As Integer).

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antes la aplicación UserPort, la cual habilitará el acceso al hardware de este puerto a todas las aplicaciones que lo soliciten. De no ejecutarse, todos los accesos al puerto generarán excepción causando el cierre de la aplicación. La figura 5 muestra las conexiones necesarias para programar cualquier microcontrolador de la familia AVR-ATmega con el programa Telecarga AVR. Las líneas de la SPI emulada por el puerto paralelo deberán conectarse a las correspondientes líneas de programación SPI de cada microcontrolador, las cuales son distintas en cada modelo y no tienen por qué coincidir con los periféricos SPI internos del micro. Si se desea modificar el conexionado y utilizar otros pines del puerto paralelo bastará con modificar el código de las funciones que controlan el acceso al puerto (módulo Comunicación)

Responsabilidad y garantía: el material e información aquí publicado se proporciona tal como es, sin garantías de ningún tipo, y es el usuario el único responsable de analizar y determinar la conveniencia de usarlo y compartirlo asumiendo a su vez los riesgos que ello pueda conllevar. El autor no se responsabiliza bajo ningún concepto, de ningún tipo de daño, directo o indirecto que el uso del material e información aquí publicada pueda causar. ✪

Este mes puede conseguir en los mejores quioscos del país el último tomo de la segunda etapa del Curso de Técnico Superior en Electrónica; nos referimos al tomo 52 de la Colección Club SE que posee las lecciones 5 y 6 y que trata sobre los reguladores de tensión integrados, amplificadores operacionales, compuertas lógicas y circuitos integrados digitales. Con respecto a esta carrera, les comentamos que al organizarla, la premisa fundamental fue la implementación de un método que pudiera ser estudiado por cualquier persona con estudios primarios completos, sin importar el lugar de residencia y con la menor inversión posible. Sabíamos que muy pronto la mayoría de las personas podrían contar con Internet porque sin importar lo lejos que pudiera estar una localidad o lo pequeña que ésta sea, seguramente iba a tener un centro de conexiones a Internet. Los encargados de esta tarea, José María Nieves, Rafael Lopardo y yo, primero definimos las partes en que íban a “ c o n s t ruir” nuestro curso: “Teoría, Práctica, Taller y Test de Evaluación”, luego pensamos el Plan de Estudio: “Una carrera compuesta de 6 Etapas, cada una de las cuales posee 6 Lecciones” que pueden estudiarse mensualmente de modo que en 3 años una persona que haya cumplido con las pautas educativas pudiera considerarse Técnico Superior en Electrónica. Por último, diseñamos un Sistema Multimedia para que cualquier estudiante pueda realizar consultas a través de Internet a profesores experimentados, que pueda asistir a clases y conferencias virtuales (videoconferencias) y rendir Test de Evaluación. También nos ocupamos en definir prácticas utilizando instrumentos sencillos y componentes de fácil adquisición en casas (tiendas) de electrónica y de “crear” CDs Multimedia

Interactivos que también puedan conseguirse sin dificultad por parte de los estudiantes que requieran un sistema de apoyo a su aprendizaje. Entre enero y julio de 2008 publicamos la primera etapa de esta obra y durante la segunda parte de este año estuvimos evaluando resultados para poder comenzar la segunda etapa de la mejor manera. Claro que cualquier persona, en cualquier momento, puede comenzar sus estudios y siempre lo hará desde la lección Nº 1 de la primera etapa. Ahora bien, con respecto a la segunda etapa, cada dos meses publicamos un tomo de la colección Club Saber Electrónica con lecciones del Curso de Electrónica (este tomo es el segundo de la segunda etapa y contiene las lecciones 3 y 4. El tomo Nº 48, publicado hace dos meses, posee las lecciones 1 y 2) y mensualmente editamos un número especial denominado “Curso Multimedia de Electrónica en CD” y cada volumen contiene un módulo de estudio (en este momento puede conseguir con su canillita (voceador) amigo el volumen Nº3 de esta edición especial “Curso Multimedia de Electrónica en CD - Etapa 2”). Realmente nos sentimos orgullosos y satisfechos con este Sistema de Enseñanza; sin embargo, día a día tratamos de mejorarlo ya que es una realidad que el estudio virtual ha abierto fronteras y hoy podemos capacitar en electrónica a cualquier persona interesada sin importar el punto del planeta en que resida. Si Ud. no posee la primera etapa, o los tomo 48 y 50 de la colección Club Saber Electrónica (lecciones 1 a 4 de la segunda etapa), puede conseguirlo en tiendas especializadas de diferentes países. Para localizar la que se encuentra más cerca de su localidad puede consultar en nuestra página: www.webelectronica.com.ar.

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REGULADORES Y AMPLIFICADORES REGULADORES INTEGRADOS En capítulos anteriores hemos visto la regulación de tensión en las fuentes de Figura 1 alimentación. Esos circuitos, utilizaban como elemento regulador a uno o varios transistores con sus correspondientes resistores de polarización, y además a los componentes para realizar la comparación entre la tensión de referencia con la tensión de salida para efectuar la corrección (Regulación). Ahora vamos a practicar con Reguladores de tensión Integrados de la familia 7800 y la 7900, proyectados para tensiones de salidas fijas. En la figura 1, vemos un regulador de la familia 7800, con encapsulado TO-220 , el terminal “1”, corresponde a la entrada de tensión, el terminal “2”, corresponde a la conexión común o tierra y Figura 3

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el terminal “3”, a la salida de tensión regulada. En la figura 2, tenemos un regulador de la serie 7900 donde el terminal “1”, corresponde a tierra, el terminal “2”, a la entrada, y el terminal “3” a la salida de tensión regulada. Los reguladores de tensión positiva son los de la familia 7800, siendo las dos últimas cifras las Figura 2

que indican la tensión de salida; entonces, si necesitamos regular una tensión de +5 Volt, utilizaremos un 7805, si queremos regular +12 Volt, utilizaremos un 7812, y si necesitamos una tensión fija de -5 Volt, elegimos un 7905. La intensidad de corriente máxima que pueden soportar es de 1 Amper; si superamos este valor se queman. Estos integrados pueden manejar una potencia de hasta 1,5 Watt sin disipador adicional. Si quisiéramos aumentar ésta capacidad, deberíamos utilizar un disipador adecuado. Para verificar el correcto funcionamiento de los reguladores sin retirarlos del equipo que lo contiene, debemos medir la tensión a la entrada y a la salida del regulador con respecto a masa. Si tenemos tensión a la entrada, pero no a la salida, podemos afirmar que está defectuoso, entonces lo retiramos del circuito para medirlo con un multímetro en la sección dedicada a la medición de diodos. Si se trata de la serie 7800, hacemos las siguientes mediciones: a) Con la punta Roja tocamos el terminal corres pondiente a la tierra y con la punta Negra tocamos la entrada. El display debe indicarnos aproximada mente entre 500 y 600, figura 3.

b) La punta Roja sigue conectada a tierra y la punta Negra a la salida, también debe indicar en tre 500 y 600, figura 4. c) Luego, con la punta Negra colocada en el terminal de tierra y la punta Roja a la entrada, de be dar infinito. d) Seguimos con la punta Negra a tierra, y con la Roja tocamos la salida, también nos debe dar in finito.

FUNCIONAMIENTO DE LOS REGULADORES La tarea de los reguladores de tensión es la de mantener constante el nivel de tensión, sin importar el consumo de corriente a la salida del regulador. Para entender el funcionamiento básico de los reguladores de tensión, es que armamos el circuito de la figura 5. En el mismo tenemos una batería de 9 Volt, un regulador 7805, y un foquito como resistencia de carga. En la figura 6 vemos que para las conexiones a tierra (terminal “2”) utilizamos la base metálica del encapsulado debido a que está conectada interna-

Figura 4

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Figura 6

mente al electrodo de tierra. Primero medimos la tensión de entrada (de aproximadamente 9 Volt) o algo menos debido al consumo del foquito y luego medimos la tensión de salida, la que nos dará 5 Volt.

AMPLIFICADORES OPERACIONALES Los amplificadores operacionales del tipo 741 (figura 7), son extremadamente versátiles, pudiendo usarse en una infinidad de proyectos. Si no se usa fuente simétrica, en un circuito como el de la figura 8, ocurre lo siguiente: Figura 5

Para tensiones de entrada inversora, por encima de la tensión de entrada NO inversora, la tensión de salida (Vs), es prácticamente igual a la de la fuente. Luego, para tensiones inferiores, la tensión de salida es prácticamente cero.

FUNCIONAMIENTO DE LOS OPERACIONALES El circuito que muestra la figura 9 resulta práctico para evidenciar los cambios de estado a la salida de un Amplificador Operacional, cuando ocurren pequeños cambios en los niveles de tensión de entrada. Las resistencias R1 y R2 forman un divisor de Figura 8

Figura 7

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Figura 9

Figura 10

tensión fijo y por ser iguales polarizan a la entrada NO inversora con la mitad de la tensión de la fuente, o sea: 4,5 Volt. R3, P1 y R4, forman otro divisor resistivo que fija el nivel de tensión en la entrada inversora, de tal manera que modificando el cursor de P1, conseguiremos cambiar el estado a la salida del Amplificador Operacional. Entonces, cuando la tensión en la pata 3, es mayor que la tensión en pata 2, ocurre que la tensión de salida (Vs), resulta igual a la fuente, se encenderá el LED número 2, y se apagará el LED-1. Si al variar P1, la tensión en la pata 3, es menor que en la pata 2, la tensión de salida es igual a cero, como consecuencia de esto, se enciende el LED-1 y se apaga el LED-2. Sugerimos que arme este circuito, teniendo en

cuenta que todos los componentes son fáciles de conseguir. La lista de materiales para el circuito de la figura 9 es la siguiente: * * * * * * * *

R1 = R2 = 2k7 R3 = R4 = 820Ohm R5 = R6 = 390Ohm P1 = Potenciómetro de 10k L1 = LED (verde) L2 = LED (rojo) C.I. = Amp.Oper. 741 Batería = 9 Volt

De más está decir que lo dado hasta aquí es sólo la parte práctica de la lección 5 y que en el tomo de colección 52 encontrará todo lo necesario para aprender este tema. **********

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AUTO ELÉCTRICO

OBD II: Diagnóstico a Bordo de Vehículos

La Electrónica en el Funcionamiento del Motor En Saber Electrónica 253 comenzamos a describir en qué consiste el sistema OBD de diagnóstico a bordo de un vehículo; en esa oportunidad mencionamos que más adelante construiríamos un “cable de datos” (inter fase) para usar a nuestra computadora como “escaner". Siguiendo en esta línea, comenzamos a explicar cómo interfiere el sistema electrónico en el funcionamiento de un motor, con el objeto de prepararnos para cuando debamos utilizar nuestro lector de códigos. Sobre un Artículo de Enrique Célis www.automecanico.com

E

l sistema OBDII es el resultado de un consenso, mediante el cual todos los vehículos vendidos en Estados Unidos, a partir de 1996, deben seguir ciertas normas, las cuales pretenden uniformar la forma de leer códigos, en aras de obtener un diagnóstico que ayude a solucionar problemas de mal funcionamiento de un vehículo automotor en forma rápida y eficaz. En América Latina, a comienzos de este siglo, las empresas automotrices comenzaron a aplicar este sistema en la mayoría de las unidades fabricadas y podemos afirmar que en la actualidad casi la totalidad de unidades cuentan con sistemas de diagnóstico a bordo (OBD). Se entiende que periódicamente pueden generarse y aprobarse nuevos códigos de diagnóstico [DTCs]. Al ocurrir esto, los conjuntos lógicos del Auto Scanner, serán actualizados. No hay un período de tiempo

establecido para la actualización de la base de datos. El sistema OBDII nos permite leer códigos con facilidad, pero eso no soluciona el problema; los códi-

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gos mencionan áreas con sus respectivos sensores, pero no es cambiando los sensores como se arreglará el problema. El sistema OBDII está comFigura 1

OBD II: Diagnóstico a Bordo de Vehículos puesto de un procesador de datos o computador y un grupo de sensores y actuadores. Por lo regular la computadora controla un tipo de corriente que circula por el sensor, la cual genera una tensión que se mide en milivolt. En la figura 1 se puede apreciar en detalle cómo es un cable para conectar el automóvil con una computadora. Básicamente el funcionamiento es el siguiente: Cuando el motor está frío, al activar la llave de encendido la computadora activa su función en el modo de open loop (circuito abierto) permitiendo que el motor funcione. Desde este momento la computadora se mantiene pendiente esperando la señal del sensor de temperatura y del sensor de oxígeno. En cuanto el motor se calienta la señal del sensor de temperatura hace que la computadora cierre el circuito (close loop) pasando su función al modo de "control". Desde este momento, la computadora lee la señal del sensor de oxígeno, y chequea las alteraciones del voltaje de referencia que entregan cada uno de los otros sensores. Como el sensor de oxígeno instalado en el manifold de escape (o en alguna parte del tubo de escape en su recorrido hacia el exterior) genera su propio voltaje, la computadora interpreta la lectura de este sensor, determinando si los residuos son consecuencia de mezcla rica o pobre. Los sensores reciben una señal de voltaje como referencia básica, las alteraciones a este voltaje la computadora también los interpreta de acuerdo con su programa interno; los compara, y siguiendo su lógica de funcionamiento, puede hacer uso de sus actuadores (solenoides) para alterar o corregir el balance de la mezcla aire/gasolina que ingresa a la cámara de combustión; asi como mover el avance o retardo del tiempo de encendido

Figura 2

con la pretensión básica de eliminar al máximo las emisiones contaminantes; sin disminuir la potencia que el vehículo requiere para su desplazamiento y autonomía. El funcionamiento básico del motor es el mismo… los conductores o choferes seguiremos siendo los mismos… nuestra inclinación a seguir malos hábitos de manejo seguirán siendo los mismos… si a ello le sumamos la pobreza de mantenimiento, sea por descuido, o falta de mecánicos especializados; estaremos de acuerdo en que las posibilidades de contaminar el medio ambiente son altas. El sistema OBDII pretende corregir este problema colocando sensores y actuadores en diferentes partes del motor y/o transmisión así como en diferentes partes del vehículo que ayuden a que la unidad se desplace funcionando y consumiendo estrictamente lo necesario; tratando de eliminar cualquier residuo que se considere contaminante al medio ambiente. En otras palabras, la computadora corrige las deficiencias consecuentes de un mal hábito de manejo, así como alerta al conductor cuando, por razones lógicas, no

puede corregir el problema debido a fugas o cortocircuitos, en los componentes electrónicos y/o problemas de funcionamiento básico del motor. El sistema OBDII necesita una computadora central y según se requiera también puede poseer módulos auxiliares, los cuales pueden estar enlazados a dicho procesador central. Como aquí tratamos de simplificar el entendimiento, podemos decir que un vehículo tiene componentes en diferentes áreas, los mismos que sincronizan su funcionamiento logrando con ésto que el vehículo se desplace pero un problema en alguno de estos componentes da como resultado un bajo rendimiento del combustible y, en consecuencia, los residuos contaminantes serán altos. El sistema OBDII monitorea las áreas donde tiene instalados sensores, administra voltaje en sensores y actuadores; pero no detecta ni tiene códigos para acusar un motor roto, una bujía quebrada o desconectada, ni tampoco, puede detectar un manifold flojo o quebrado, así como gasolina u aceite contaminado. El problema es el mismo

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Auto Eléctrico en los frenos y/o transmisión. En otras palabras, el entendimiento y seguimiento de diagnóstico en un sistema OBDII tiene como base previa, un conocimiento avanzado de lo que es un sistema de encendido: mezcla de combustible, medidas de presión y/o vacío dentro del manifol de admisión, así como conocer perfectamente el funcionamiento básico del motor y/o las medidas de presión en el sistema de enfriamiento del motor y/o escape. ¿Cómo seguir un diagnósti co en forma lógica? Antes de continuar tome nota de los siguiente: No haga pruebas ni conexiones entre la corriente de la batería y las conexiones que administra la computadora; podría quemar circuitos o componentes. La computadora administra una corriente atenuada de bajo amperaje y sólo puede ser testeada por aparatos o probadores de bajo amperaje que miden el voltaje en milivolt. El mercado está inundado, de aparatos o dispositivos que se presentan como solución al diagnóstico automotriz; cada quien defiende su producto destacando sus ventajas particulares pero a usted le toca defender su economía. Es oportuno tener en cuenta la velocidad o facilidad con la que un aparato de éstos se discontinúa o pierde actualización, dejando su inversión en el nivel de "gasto no recuperable". En la figura 2 se muestra un tipo de scanner o lec-

Figura 3 Figura 4

tor de códigos que se adapta a una computadora, el cual responde con un programa pre instalado (el costo es variable y puede llegar a los 500 dólares, sin embargo, con el circuito que daremos en futuras ediciones armará su propio escaner) y en la figura 3 se puede apreciar una pantalla que podría reproducirse en

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una PC con un programa adecuado mediante una interfase de conexión. En esta línea, se presentan y seguirán presentándose, formas de simplificar la lectura de diagnóstico. El avance de la tecnología no se detiene y a las grandes, renombradas y costosas marcas de productos confeccionados con fines

Figura 5

OBD II: Diagnóstico a Bordo de Vehículos exclusivos de diagnóstico, se suman los diferentes o variados productos alternativos, que se presentan como una opción más económica para lograr el mismo objetivo (figura 4).

Volviendo al sistema de funcionamiento básico del motor, el sistema OBDII monitorea el funcionamiento del vehículo pero lo hace en forma ordenada, separando las áreas o circuitos relaciona-

dos. Es de esta misma forma como se debe analizar una lectura de códigos para acercarnos a un diagnóstico certero. Muchas veces nos ha tocado escuchar a clientes que llevan su

Figura 7

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Auto Eléctrico Figura 6

vehículo al taller mecánico por problemas de encendido; los mecánicos empiezan cambiando sensores cuya compra terminan justificando con argumentos absurdos debido a que el problema se encontraba en una mala conexión eléctrica o en manguera de vacío que estaba fuera de posición. No olvide: cuando en una lectura de diagnóstico aparece un código; éste se refiere a una anormalidad en esa área. Por Ejemplo: codigo PO401 indica señal débil,

insuficiente recirculación de gases de escape. Sabemos que la valvula EGR controla el ingreso de los gases de escape; entonces ¿qué está pasan do?. Se debe chequear el funcionamiento de la válvula EGR, usando un vacuómetro (figuras 5 y 6). Luego se debe revisar el manifold de escape para descartar grie etas. Una fuga de gases de escape por un manifold agrietado, o tornillos del manifold flojos, haría perder presión en el sistema; esta condición se puede detectar con un probador de retropresión que se puede colocar al quitar el sensor de oxigeno (este tipo de herramienta también se usa para detectar obstrucciones en el sistema de escape). Finalmente debe verificar y limpiar el pasaje de gases hacia el manifold de admisión. Estos pasos evitarán que haga gastos innecesarios. No está

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demás recordar la importancia de esta válvula (EGR) para el sistema de emisiones en los vehículos que la traen instalada. A los efectos de “desembocar” en la construcción de un escaner lector de códigos OBD2, consideramos importante hacer un repaso del funcionamiento básico del motor, adecuándolo a la tendencia actual de los fabricantes de incluir componentes electrónicos. Por tal motivo, en la próxima edición comenzaremos a explicar básicamente cómo influyen los diferentes elementos electrónicos en el funcionamiento del motor. Tenga paciencia en la lectura y tendrá como recompensa un sentimiento de comodidad al hacer diagnósticos. Para terminar, ya a modo de complemento, en la figura 7 reproducimos imágenes de localización del conector OBD2 en algunos modelos de automóviles. ✪