Post on 03-Sep-2020
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE GRADUACIÓN
TRABAJO DE TITULACIÓN
PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE
INGENIERO EN TELEINFORMÁTICA
ÁREA
TECNOLOGÍA DE LAS TELECOMUNICACIONES
TEMA
IMPLEMENTACIÓN DE UN MÓDULO DE PRÁCTICA
PSK/QPSK
AUTOR
PILLASAGUA OVIEDO STEVEN LEONARDO
DIRECTOR DEL TRABAJO
ING. TELEC. ORTÍZ MOSQUERA NEISER STALIN, MG.
GUAYAQUIL, ABRIL 2019
ii
Declaración de autoría
Declaró que la presente tesis titulada “Implementación de un módulo de práctica
PSK/QPSK” es de mi autoría. Autorizo a la Universidad de Guayaquil para que esta tesis
pueda ser utilizada en la Biblioteca como un documento de lectura y consulta.
PILLASAGUA OVIEDO STEVEN LEONARDO
C.C 0920976792
iii
Dedicatoria
A Dios, por permitirme llegar hasta este momento tan importante en mi formación
profesional y obtener uno de mis mayores anhelos.
A mis Padres, por ser los pilares fundamentales durante este proceso y quienes con su
paciencia, confianza, esfuerzo y amor me han ayudado a cumplir este sueño sin
importar las adversidades que se nos han presentaron. Además, por demostrarme que
existen personas que pueden amar incondicionalmente sin importar nuestras diferencias de
opiniones.
A mi hermana por apoyarme como mejor amiga, brindarme la suficiente confianza para
saber que cuento siempre con ella.
A mi esposa Sayda por alentarme a conseguir mis objetivos desde el momento que la
conocí, a mi hija hermosa por ser esa luz que no esperaba que llegue, pero que ahora es
todo para mí y por quien daré todo de mi en mi nueva etapa.
A mi mejor Amigo Ángel, por ser mi hermano de corazón, mi mano derecha y por
brindarme buenos momentos.
iv
Agradecimiento
Agradezco a Dios, por ser mi apoyo, camino y brindarme la fuerza necesaria para
no desmayar en mis acciones en aquellos momentos de debilidad.
A mis padres Winey Pillasagua y Noemí Oviedo, por ser esas personas
incondicionales que me han brindado su apoyo desde mis inicios en esta etapa tan
importante para mí. Además de ser esas personas que sé que estarán conmigo y me
apoyarán en futuras metas que me proponga a cumplir.
A mi hermana Wendy, que a pesar de no estar físicamente junto a mí en este
momento tan importante debido a que se encuentra en el exterior, siempre con su apoyo la
he sentido cerca y sé que estará conmigo siempre. Gracias por darme unos sobrinos bellos.
A mis tíos de parte de madre, por ayudarme de distintas maneras en los momentos
que mis padres no pudieron.
A la Universidad de Guayaquil, por haberme dado la oportunidad de empezar este
sueño en sus instalaciones para obtener los conocimientos necesarios para mi futuro en mi
Carrera y cumplir con otra de mis metas.
Al Ing. Neiser Ortiz, por ser mi guía durante este extenso proceso, tener mucha
paciencia, por haber compartido todos sus conocimientos conmigo y mis compañeros en la
etapa Universitaria.
A mis Amigos Josué Alvarado, Michael Pacheco e Hilda Ramírez, quienes
estuvieron conmigo en el proceso de titulación, ser esa voz de aliento y apoyo extra que
necesitaba para seguir adelante y poder cumplir esta meta.
v
Índice general
Nº Descripción Pág.
Introducción
1
Capítulo I
El Problema
Nº Descripción Pág.
1.1 Planteamiento del Problema 3
1.1.1 Formulación del Problema 3
1.1.2 Sistematización del Problema 4
1.2 Objetivos de la Investigación 4
1.2.1 Objetivo General 4
1.2.2 Objetivos Específicos 4
1.3 Justificación 4
1.4 Delimitación 5
1.5 Tipo de Estudio 6
1.5.1 Bibliográfico 6
1.5.2 Aplicada 6
1.5.3 Experimental 6
1.6 Operacionalización 7
Capítulo II
Marco teórico
Nº Descripción Pág.
2.1 Antecedentes 8
2.2 Marco conceptual 9
2.2.1 Laboratorio de Ingeniería 9
2.2.2 Software 11
2.2.2.1 Software Proteus 12
2.2.2.2 Software Eagle 13
2.2.3 NI ELVIS II 14
2.2.3.1 Visión General 15
2.2.3.2 Ventajas de NI ELVIS II 15
vi
N° Descripción Pág.
2.2.4 Diseño de circuito 16
2.2.5 Sistema de comunicación 17
2.2.5.1 Sistema de transmisión analógica 18
2.2.5.2 Sistema de transmisión digital 19
2.2.6 Circuitos electrónicos para armar el modulador 19
2.2.6.1 Integrado CD4069 19
2.2.6.2 Integrado ICL8038 20
2.2.6.3 Integrado TL084 21
2.2.6.4 Integrado CD4094 22
2.2.6.5 Integrado CD4520 23
2.2.6.6 Integrado CD4052 24
2.2.6.7 Integrado CD14070 25
2.2.6.8 Integrado Lf 365 26
2.2.6.9 Placa de Circuito Impreso 27
2.2.7 Modulación de señales 28
2.2.7.1 Modulación PSK (Phase Shift Keying) 29
2.2.7.2 Modulación QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) 30
2.3 Marco Legal 32
Capítulo III
Metodología
N° Descripción Pág.
3.1 Descripción del proceso metodológico 35
3.2 Diseño de la investigación 35
3.3 Enfoque de la investigación 36
3.3.1 Metodología Bibliográfica 36
3.3.2 Metodología Aplicada 37
3.3.3 Metodología Experimental 37
3.4 Análisis Bibliográfico sobre la necesidad de
Implementar un modulador PSK/QPSK 37
3.4.1 Resultados 38
vii
Capítulo IV
Desarrollo de la propuesta
N° Descripción Pág.
4.1 Diagrama del circuito de la modulación PSK/QPSK 41
4.2 Diseño del circuito PSK/QPSK en Eagle para la
Impresión en la placa del circuito impreso 43
4.2.1 Diagrama esquemático de Eagle 43
4.2.2 Diagrama de Circuito Impreso 45
4.3 Construcción de la placa para circuito impreso 50
4.4 Ensamblaje de la placa 51
4.5 Implementación del modulador PSK/QPSK 54
4.5.1 Pruebas realizadas al modulador PSK/QPSK 55
4.6 Conclusiones 60
4.7 Recomendaciones
61
Anexos 63
Bibliografía 99
viii
Índice de tablas
Nº Descripción Pág.
1 Operacionalización 7
2 Fases de la modulación QPSK 31
ix
Índice de figuras
Nº Descripción Pág.
1 Ventana inicial del software Proteus 13
2 Ventana inicial del esquemático de Eagle 14
3 Equipo físico NI ELVIS II 16
4 Diseño de circuito electrónico 17
5 Sistema de comunicación 17
6 Integrado electrónico CD4069 19
7 Diagrama de conexión del integrado electrónico CD4069 20
8 Integrado electrónico ICL8038 20
9 Diagrama de conexión del integrado electrónico ICL8038 21
10 Integrado electrónico TL084 21
11 Diagrama de conexión del integrado electrónico TL084 22
12 Integrado electrónico CD4094 22
13 Diagrama de conexión del integrado electrónico CD4094 23
14 Integrado electrónico CD4520 23
15 Diagrama de conexión del integrado electrónico CD4520 24
16 Integrado electrónico CD4052 24
17 Diagrama de conexión del integrado electrónico CD4052 25
18 Integrado electrónico CD14070 25
19 Diagrama de conexión de integrado electrónico CD14070 26
20 Diagrama de conexión del integrado electrónico Lf356 26
21 Diagrama de conexión del integrado electrónico Lf356 27
22 Placa de circuito impreso 28
23 Diagrama de bloque del modulador PSK 29
24 Señal binaria de información y Señal modulada PSK 30
25 Diagrama de bloques del modulador QPSK 30
26 Representación gráfica de señal modulada QPSK 31
27 Diagrama de constelación QPSK 32
28 Diagrama del circuito modulador PSK/QPSK 42
29 Ventana del editor de diagrama esquemático del
Circuito en Eagle 44
x
Nº Descripción Pág.
30 Elementos electrónicos ubicados en el editor
esquemático de Eagle 44
31 Elementos electrónicos conectados correctamente en
sus Pines 45
32 Elementos electrónicos ubicados en el editor de
diagrama de circuito impreso 46
33 Elementos electrónicos ubicados de forma
correcta en el editor de diagrama de circuito
impreso 47
34 Elementos electrónicos ubicados y conectados
con sus pistas correspondientes 48
35 Capa inferior del circuito impreso 49
36 Capa superior del circuito impreso 50
37 Herramientas para ensamblar el modulador 52
38 Materiales para ensamblar el modulador 53
39 Ensamblado de placa de circuito impreso 53
40 Placa de circuito impreso ensamblada 54
41 Implementación del modulador PSK/QPSK 55
42 Señal cuadrada generada por el integrado ICL8038 56
43 Señal senoidal generada por el integrado ICL8038 56
44 Señal portadora desfasada 0°, comparada con la señal
original
57
45 Señal portadora desfasada 90°, comparada con la señal
original
57
46 Señal portadora desfasada 180°, comparada con la señal
original
58
47 Señal portadora desfasada 270°, comparada con la señal
original
58
48 Señal moduladora generada por NI ELVIS II 59
49 Estados de salida del modulador 59
50 Modulación PSK/QPSK 60
xi
Índice de anexos
Nº Descripción Pág.
1 Datasheet de circuitos integrados 64
2 Lista de materiales e integrados 79
3 Construcción de la placa de circuito impreso 80
4 Guía de práctica 87
xii
FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERÍA EN TELEINFORMÁTICA
UNIDAD DE TITULACIÓN
IMPLEMENTACIÓN DE UN MÓDULO DE PRÁCTICA PSK/QPSK
Autor: Pillasagua Oviedo Steven Leonardo
Tutor: Ing. Ortiz Mosquera Neiser Stalin, Mg
Resumen
El presente trabajo de titulación consiste en la implementación de un modulador de
práctica PSK/QPSK en el laboratorio de Networking/Telecomunicaciones utilizando
distintos materiales electrónicos, el circuito impreso del modulador PSK/QPSK que fue
diseñado con el software Eagle y su correspondiente ensamblado. Este equipo utiliza la señal
portadora generada por el integrado ICL8038 y la señal moduladora generada por el equipo
NI ELVIS II para modular, con el objetivo de que los estudiantes de 8vo semestre de la
Carrera de Ingeniería en Teleinformática de la Universidad de Guayaquil no tengan que
armar el circuito electrónico momentáneamente sobre un protoboard, ahorrando recursos
económicos y tiempo que puede ser aprovechado para aclarar dudas que se generan durante
el desarrollo de las prácticas, además de adjuntar una guía de práctica que ayude a los
estudiantes en la toma de decisiones. Para este trabajo de titulación se utilizaron las
metodologías bibliográfica, aplicada y experimental mediante las cuales se recopila
información necesaria para este proyecto, se aplica los conocimientos teóricos para el
desarrollo y se realiza pruebas del modulador en el laboratorio que permitieron comprobar
el correcto funcionamiento del equipo.
Palabras Claves: módulo, PSK/QPSK, prácticas, Implementación, laboratorio.
xiii
FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERÍA EN TELEINFORMÁTICA
UNIDAD DE TITULACIÓN
IMPLEMENTATION PSK/QPSK PRACTICE MODULE
Author: Pillasagua Oviedo Steven Leonardo
Tutor: TE. Ortiz Mosquera Neiser Stalin, MS
Abstract
The present degree work consists in the implementation of a PSK/QPSK practice module
in the Networking/Telecommunication laboratory using different electronic materials, the
printed circuit of the PSK/QPSK modulator that was designed with the Eagle software and
its corresponding assembly. This equipment modulates signals generated by the Electronic
Integrated ICL8038, with the objective that the students of the 8th semester of the Career
Engineering in Teleinformatics of the University of Guayaquil do not have to assemble the
electronic circuit momentarily on a protoboard, saving economics resource and time that
can be used to clarify doubts that are generated during the development of the practices, also
attaching a practice guide that helps the students in the decision making. For this degree
work, the bibliographic, applied and experimental methodologies were used, by means of
which the necessary information for this project is gathered, the theoretical knowledge for
the development is applied and the modulator is tested in the laboratory, which allowed to
verify the correct functioning of the equipment.
Keywords: module, PSK/QPSK, practices, Implementation, laboratory.
Introducción
Usar tecnología para apoyar muchas de las actividades diarias del ser humano como en
áreas, sociales, medicinales, económicas, militares, industriales, y en el caso académico
como en las metodologías de enseñanza que se llevan en una institución de educación
superior o Universidades, es conveniente y beneficioso debido a que se puede optimizar
muchos procesos de algunas materias que necesiten realizar prácticas para incrementar el
grado de compresión.
Las prácticas en cualquier materia del área de las telecomunicaciones, son muy
importante en la preparación del estudiante para ser un excelente profesional, en estos
momentos en el laboratorio de Networking/Telecomunicaciones de la Carrera de Ingeniería
en Teleinformática solo se cuenta con equipos que generan y permiten observar señales,
pero hace falta equipos que complementen las prácticas como lo son los moduladores y
demoduladores de señales, por ello es necesario usar herramientas tecnológicas que
permitan realizar por completo las prácticas, debido a que estas ayudan a aclarar las dudas
que aparecen en los resultados teóricos y proponen problemas que podría encontrarse en
la vida real un Ingeniero en Teleinformática.
Además, que el uso adecuado de la tecnología permite desarrollar habilidades y
cualidades tanto en el campo estudiantil como en el campo profesional porque pueden
generar simulaciones de actividades de la vida real y comprensión de estas, por ello se
implementará un módulo de práctica PSK/QPSK.
Esta implementación estará ubicada en el laboratorio de práctica de
Networking/Telecomunicaciones sirviendo a la materia de simulación de sistemas, ayudará
al estudiante a realizar sus prácticas evitando perder tiempo que por lo general se utiliza para
desarrollar circuitos electrónicos momentáneos, los estudiantes solo deben tener
conocimientos básicos sobre las modulación PSK/QPSK los cuales se adquieren en el
estudio de la materia, este conocimiento es para el correcto uso del módulo y obtener los
resultados requeridos para el aprendizaje de la materia, además que evitará que los
estudiantes consuman recursos económicos como es gastar dinero en la compra de
materiales para la el ensamblado de sus circuitos electrónicos.
En el tiempo que los estudiantes ya no realicen el circuito electrónico temporal necesario
para sus prácticas, pueden aclarar las dudas que se generan entre los resultados
teóricos/prácticas y obtener más conocimientos.
Introducción 2
Capítulo 1: se detallan las generalidades del proyecto de titulación, como el problema que
está sucediendo y se desea resolver en el laboratorio de Networking/Telecomunicaciones,
delimitación, objetivos a cumplir en el desarrollo de la tesis, la razón por que es hecha, etc,
en si un punto de vista general de lo que se trata la tesis.
Capítulo 2: trata sobre recopilación de antecedentes, conceptos, definiciones y distintas
posturas de otros autores, con respecto al tema de tesis a realizar, además del marco legal
que fundamenta el presente trabajo de titulación.
Capítulo 3: se explican las metodologías utilizadas para el desarrollo de esta tesis,
también se realiza un breve análisis sobre fuentes bibliográficas que fundamenten la
necesidad de implementar el modulador PSK/QPSK.
Capítulo 4: como punto final, en este capitulo se realiza la correspondiente
implementación del modulador PSK/QPSK, pruebas además de realizar las conclusiones y
recomendaciones de dicha actividad.
Capítulo I
El problema
1.1 Planteamiento del problema
En la actualidad, para realizar cualquier práctica de laboratorio en la materia simulación
de sistemas en el laboratorio de prácticas de Networking/Telecomunicaciones de la Carrera
de Ingeniería en Teleinformática de la Universidad de Guayaquil, se necesita de equipos
electrónicos que modulen y demodulen señales necesarias para la simulación de actividades
que ayudarán a entender algunos conceptos de telecomunicaciones, aclarar ciertas dudas y
permitir conocer más a fondo lo que sucede en la vida real de un profesional en
teleinformática, pero en estos momentos no se cuenta con dichos equipos por lo que es
debido armar circuitos electrónico momentáneos sobre un protoboard conectando ciertos
materiales electrónicos, el cual permite utilizar cualquiera de las distintas técnicas de
transmisión de datos, ya sean analógicas tales como: AM, FM y PM o digitales como: FSK,
QAM y PSK/QPSK dependiendo de la práctica y circuito a realizar. El implementar estos
circuitos momentáneamente genera que los estudiantes pierdan tiempo y dinero debido a
que dichos circuitos electrónicos son complejos de armar, ciertos materiales son caros y
difíciles de encontrar.,
Los estudiantes para realizar sus prácticas en el laboratorio están de cierta forma
obligados a conseguir ya sea prestando o comprando los materiales electrónicos, esto para
algunos estudiantes es difícil llevar a cabo por los bajos recursos económicos o por la
dificultad que implica conseguir ciertos materiales, Además deben armar los circuitos
temporalmente quitándole tiempo de las horas de estudio el cual se puede aprovechar
obteniendo nuevos conocimientos.
Debido a los inconvenientes que se generan por lo explicado anteriormente, surge la
necesidad de implementar en el laboratorio de Networking/Telecomunicaciones, un módulo
generador de señales moduladas analógicos y digitales para realizar las prácticas en el
laboratorio, mejorar el proceso de aprendizaje de los estudiantes en la Carrera de Ingeniería
en Teleinformática, poder observar y resolver dudas acerca de los resultados
teóricos/prácticos, optimizar el tiempo y ahorrar recursos.
1.1.1 Formulación del problema
¿Es necesario implementar un módulo de práctica PSK/QPSK basado en las experiencias
previas de estudiantes de la Carrera de Ingeniería en Teleinformática?
El problema 4
1.1.2 Sistematización del problema
• ¿Tendrá buena acogida por los estudiantes la implementación de un módulo para
prácticas PSK/QPSK?
• ¿Existirá alguna dificultad para los estudiantes el uso del módulo de práctica?
• ¿Los estudiantes se adaptarán al uso de este nuevo equipo electrónico?
• ¿La combinación de la metodología teórica con la práctica tendrá un grado aceptable
de veracidad?
1.2 Objetivos de la Investigación
1.2.1 Objetivo General
Implementar un módulo de señales PSK/QPSK de telecomunicaciones usando elementos
electrónicos para el laboratorio de Networking/Telecomunicaciones, en la Carrera de
Ingeniería en Teleinformática perteneciente a la Facultad de Ingeniería Industrial de la
Universidad de Guayaquil.
1.2.2 Objetivos específicos
• Explicar los fundamentos teóricos de la modulación PSK/QPSK.
• Determinar los elementos para el módulo PSK/QPSK.
• Diseñar el circuito electrónico PSK/QPSK utilizando la herramienta Eagle.
• Implementar un módulo PSK/QPSK utilizando elementos electrónicos y una placa
para circuitos.
• Generar una guía de práctica PSK/QPSK.
1.3 Justificación
Realizar las prácticas de simulación de sistemas en el laboratorio de
Networking/Telecomunicaciones con los recursos que se cuenta no es muy factible por lo
que faltan ciertos equipos que ayudan a realizarlas de una manera más eficiente, esto lleva a
que los estudiantes armen sus propios circuitos necesarios para realizar a cabo las prácticas
propuestas por el profesor. Debido a la falta y necesidad de un equipo modulador de señales
PSK/QPSK en la Facultad de Ingeniería Industrial que permita realizar las prácticas de la
materia de simulación de señales, se implementará un módulo que se encargará de modular
la señal de información generada por el equipo NI ELVIS II, que no demande gastos
económicos, ni mucho espacio físico. Con respecto al tiempo en que los estudiantes
El problema 5
realizarán sus prácticas, este será mucho menor por que los circuitos electrónicos ya estarán
implementados y ellos solo se encargarán de poner en prácticas sus conocimientos
adquiridos durante el proceso de aprendizaje para manipular los equipos de la mejor y
correcta manera.
Evitando que los estudiantes armen sus propios circuitos electrónicos omitiendo un
proceso muy tedioso y que en ocasiones afectan de una manera u otra al estudiante por los
fallos técnicos que ocurren al conectarlos. El dinero ya no será un problema para los
estudiantes de la Carrera, porque los equipos ya estarán armados con los elementos
electrónicos necesarios y listos para su uso.
Esto genera un mejor ambiente de estudio y aprendizaje que permitirá un amplio
incremento en la obtención de nuevos conocimientos al mismo momento que estos se vayan
desarrollando. Con la implementación de este proyecto, se pretende que los estudiantes
pongan en prácticas los conocimientos teóricos obtenidos en el transcurso de los estudios,
además de que refuercen los que tienen, permitiendo comprobar los resultados matemáticos
con resultados reales, conozcan más a fondo lo que sucede en la vida real y utilicen el tiempo
que sobra en aclarar ciertas dudas.
Un laboratorio que tenga la infraestructura, equipos, instrumentos óptimos, permite que
los estudiantes puedan indagar en la investigación de nuevos temas, puedan resolver sus
dudas acercas de los resultados teóricos, matemáticos, prácticos y puedan obtener
conocimientos de una mejor manera.
Dependiendo del éxito que tenga el sistema en la Carrera de Ingeniería en
Teleinformática de la Facultad de Ingeniería Industrial, se podría en un futuro implementar
dicho sistema en otras carreras y facultades que lleven un proceso similar al nuestro o
ampliar su diseño tecnológico y adaptarlo a sus necesidades.
1.4 Delimitación
El presente proyecto de titulación abarca hasta el momento el laboratorio de
Networking/Telecomunicaciones de la Carrera de Ingeniera en Teleinformática de la
Facultad de Ingeniería Industrial de la Universidad de Guayaquil, espacio en el cual se
realizan prácticas experimentales, se llevará a cabo la implementación del módulo de
práctica de señales PSK/QPSK para la materia de simulación de sistemas.
Se espera que, con la implementación de este equipo electrónico, se cree un entorno de
preparación estudiantil mucho más práctico, debido a que los estudiantes ya no tendrán
El problema 6
pretexto para realizar sus prácticas por cuestiones de recursos o tiempo ya que el módulo
está listo para ser usado.
Se entregará lo siguiente:
• Una investigación bibliográfica sobre la implementación de un módulo de señales
PSK/QPSK.
• Dejar implementado en el laboratorio de Networking/Telecomunicaciones un
módulo, para señales PSK/QPSK, utilizando una placa de circuito impreso y
elementos electrónicos.
• Una guía de práctica para el laboratorio de simulación de señales basada en un
módulo de PSK/QPSK.
1.5 Tipo de Estudio
1.5.1 Bibliográfica
Recopilación de trabajos investigativos, artículos científicos, libros, etc que proporcione,
información adecuada y relacionada con el tema.
1.5.2 Aplicada
Permite aplicar los conocimientos adquiridos durante la etapa de estudiante, para poder
crear algún producto e implementar soluciones.
1.5.3 Experimental
Porque se hará uso del laboratorio de Networking/Telecomunicaciones, para comprobar
el correcto funcionamiento del módulo a implementar.
El problema 7
1.6 Operacionalización
Tabla 1. Operacionalización
Objetivo General: Implementar un módulo de práctica PSK/QPSK utilizando
materiales electrónicos para el laboratorio de Networking/Telecomunicaciones.
Objetivos Específicos Variables Dimensión Indicador
a. Explicar los fundamentos
teóricos de la modulación
PSK/QPSK.
Información
Internet
Libros
Artículos
científicos
Número de artículos
científicos
Número Citas
bibliográficas
b. Determinar los elementos
necesarios para el módulo
de práctica PSK/QPSK.
Materiales Materiales y
herramientas
para utilizar
Varios softwares
Varios equipos
c. Diseñar el circuito
electrónico modulador y
demodulador PSK/QPSK.
d. Implementar un módulo
de práctica PSK/QPSK.
Módulo de
práctica
Software Eagle
Placa Electrónica
Circuitos
Integrados
Resistores,
Capacitores, etc.
Nivel de dificultad
Tiempo
e. Elaborar una guía de
laboratorio para la
realización de la práctica.
Esta variable se la realizará al final del proyecto de tesis
y se la anexará.
Información tomada de trabajo de titulación, 2019. Elaborado por Pillasagua Oviedo Steven Leonardo.
Capítulo II
Marco teórico
2.1 Antecedente
Las técnicas de modulación PSK(Phase Shift Keying)/QPSK (Quadrature Phase Shift
Keying) son muy importantes en la actualidad para las personas, ya que sirven para la
transferencia de información inalámbricamente convertidas en la mínima unidad de
información (bits), utilizando específicamente la tecnología WI-FI( una de las utilizada para
transmitir información sin medio físico) que alcanza la velocidad hasta de 54 KBPS en el
canal de 20 MHz, esta tecnología no es segura al momento de transmitir información puesto
que esta puede ser interceptada en el aire por herramientas especiales, pero es de las técnicas
de telecomunicaciones más utilizadas por distintos equipos electrónicos (Viloria, Cardona,
& Lozano, 2009).
Según (Álvaro, 2014) afirma “Los cambios experimentados en los últimos años en la
tecnología utilizada en la educación, ha llevado a evolucionar constantemente el uso y
manejo de los instrumentos tecnológicos”, además afirma que “ en el ámbito de la
electrónica, al igual que otras muchas disciplinas, a medida que la asignatura adquiere
carácter tecnológico y de especialidad se ha convertido en una potente herramienta en el
campo de la educación”.
Con el pasar de los años la tecnología ha ido avanzando a pasos agigantados causando
gran impacto, apoyando en el área académica como lo es en las instituciones de educación
superior, esto ha guiado a que dichas instituciones estudiantiles deban adaptarse a estos
avances y así pueden sacar provecho de las herramientas que gracias a esta se desarrollan,
(Garcés, Garcés, & Alcívar, 2016).
Según Delgado (2018) “En la actualidad el nivel académico de las Instituciones de
Educación Superior no solo se basa en clases teóricas, sino también en prácticas”, también
agrega que “por ello es necesario que las instituciones tengan su espacio tales como
laboratorios, donde estén disponibles diferentes recursos didácticos, dispositivos o aparatos
electrónicos que permita que los estudiantes pongan en práctica los conocimientos
adquiridos durante la etapa de estudio”.
Simular utilizando herramientas computacionales es de los métodos más utilizados en el
campo de la investigación de los sistemas de comunicaciones digitales; esto compone una
forma de investigación de mínimo costo y altamente flexible, que permite presagiar los
comportamientos de los elementos de objeto de estudio y su correspondiente análisis (Peña
& Rey, 2014).
Marco teórico 9
En el ámbito académico de las instituciones superiores de estudios o Universidades,
tanto la teoría como la práctica son metodologías de aprendizaje que brindan conocimiento
de distinta manera teniendo una relación entre el decir, pensar y el hacer, además que
claramente se necesitan entre las 2 para corroborar datos, aclarar dudas y comparar
resultados, pero en muchos centros de estudios dichas metodologías no se desarrollan juntan
por distintos motivos ya sean, sociales, político, financiero, etc, generando problemas en el
transcurso de enseñanza-aprendizaje y captación de conocimiento por parte del estudiante
(Álvarez, 2012).
Según López (2011) las prácticas experimentales realizadas en laboratorios que tienen,
equipos necesarios generan más posibilidades de aprendizaje debido a que mientras estas se
realizan, el estudiante comprende y resuelve problemas cercanos a la realidad, en base a eso
poder comparar y analizar los resultados obtenidos a través de la teoría con los obtenidos
gracias a l prácticos.
La implementación de un módulo electrónico de práctica tiene un gran beneficio para
los estudiantes, profesores y Carrera profesional que se está estudiando, debido a que
contribuye a la eficiencia al momento de realizar las prácticas y en la economía de los
estudiantes, además que baja el resultado erróneo que puede darse al momento de realizar
pruebas con equipos no adecuados contribuyendo así con una excelente calidad de
enseñanza-aprendizaje, también recordar que la Carrera en la cual se usa de manera
adecuada el laboratorio, gana prestigio por la eficiente forma de preparar a sus
profesionales. Los módulos son de fácil uso debido a esto los estudiantes no tendrán
inconvenientes al momento de utilizarlos, agilizando el realizar las prácticas (Delgado,
2018).
2.2 Marco conceptual
2.2.1 Laboratorio de Ingeniería
Que sería de un Ingeniero, si solo toma apunte de la materia pero no comprueba los
resultados teóricos con valores prácticos, por eso se deben realizar prácticas que se
proponen en una clase, estas no se pueden hacer en cualquier lugar, sino en un ambiente
optimo con todos los equipos necesarios, por ello es necesario de un laboratorio dirigido a
la Carrera (Mosquera & Sacoto, 2012).
El laboratorio de Networking/Telecomunicaciones que pertenece a la Carrera de
Ingeniería en Teleinformática de la Facultad de Ingeniería Industrial de la Universidad de
Guayaquil, es el espacio donde se realizan las prácticas de simulación de sistemas pero en
Marco teórico 10
estos momentos no cuenta con los equipos y materiales necesarios, además de la
infraestructura adecuada, por lo cual los estudiantes no puede realizar de manera eficiente
sus prácticas, eso con lleva a que los estudiantes tengan un problema para prepararse como
profesionales en el entorno de la Ingeniería (Duche, 2018).
Según López & Tamayo (2012), “Lo más importante de las prácticas que se realizan en
laboratorios, radica en que los maestros entiendan que estas facilitan la comprensión de
conceptos y que deben siempre tener una finalidad clara, no solo el de llevarlos a observa y
experimentar”.
Torres (2016) nos explica que “Los laboratorios como ambientes de aprendizaje, se
consideran escenarios pedagógicos en donde se desarrollan actividades que permiten
fortalecer la administración del conocimiento por parte del estudiante”, además añade que
“Estos ambientes de aprendizaje están formados por un conjunto de elementos, materiales y
actores que participan en la etapa de aprendizaje, basado en objetivos y propósitos
claramente definidos desde el punto de visto cognitivo, procedimental y valores”.
Que los estudiantes realicen sus prácticas de laboratorios, no solamente les permite
comprobar resultados teóricos con la práctica y contribuir a enriquecer su conocimiento,
sino que también permite plantear hipótesis y poner en práctica una forma para obtener
resultados con el cual comprobar la hipótesis, además que se pueden generar debates sobre
los resultados obtenidos experimentalmente en la práctica (Durango, 2015).
Múltiples falencias que se detectan al realizar prácticas de laboratorio son conceptuales,
procedimentales u actitudinales, falta de equipos y áreas necesarios para una enseñanza y
aprendizaje considerable en los estudiantes, por ello los laboratorios de prácticas deben
mitigar estas debilidades además de que tanto los estudiantes como los docentes deben tener
tiempo disponible para poder realizar de manera eficiente las prácticas de laboratorio
(Cardona, 2013).
Gracias a los avances tecnológicos que se han dado hasta la actualidad, se puede
incorporar en una misma materia de estudio las metodologías de enseñanza práctica y
teórica, esto se debe a los equipos sofisticados que se pueden implementar en los laboratorios
experimentales que permiten optimizar los recursos y tiempo empleados por los estudiantes
explotando todos los beneficios del uso de los laboratorios en las practicas, además aumentar
la calidad de la educación garantizando la igualdad de oportunidades en el ámbito laboral
(Alarcón, 2017).
Para que un estudiante de Ingeniería esté preparado para la vida profesional que le espera,
es necesario el uso de los laboratorios de prácticas experimentales debido a que mediante el
Marco teórico 11
desarrollo de tareas, lecciones y proyectos que se le asignan de acuerdo al tema a tratar, se
relaciona al estudiante en un ambiente casi real con los problemas que talvez se les presenten
como profesional en su área, y realizando sus prácticas se les brinda experiencia a través de
análisis de resultados reales, comparaciones con valores teóricos y simulaciones de
situaciones cotidianas, dedicando más horas de estudio a la práctica para afianzar sus
conocimientos teóricos sobre el comportamiento de ciertas situaciones, aclarar dudas que
se generan, desarrollar nuevas actitudes y habilidades necesarias para resolver
inconvenientes (Álvaro, 2014).
Hasta el momento la Carrera de Ingeniería en Teleinformática de la Facultad de
Ingeniería Industrial de la Universidad de Guayaquil solo cuenta con un laboratorio de
Networking/Telecomunicaciones en el cual se intenta realizar las prácticas experimentales
de la materia de simulación de sistemas, este espacio no cuenta con los equipos electrónicos
necesarios y adecuados para realizar de manera eficiente las prácticas por lo que se genera
un obstáculo en el aprendizaje de los estudiantes de Ingeniería (Vélez J. , 2018) .
Equipos electrónicos que ayuden a realizar prácticas, deben estar disponibles en cualquier
laboratorio universitario que requiera corroborar información y resultados teóricos, con
datos oficiales que se generan a través de la práctica, además de estar orientados al fácil uso
para los estudiantes.
Los futuros Ingenieros en Teleinformática de la Universidad de Guayaquil, tendrán
muchos problemas en la vida profesional al momento de desenvolverse en su área de
telecomunicaciones, debido a la falta de habilidades y nociones de un conocimiento práctico
importante en las carreras técnicas, que les permita dar soluciones a problemas reales que se
les presenten.
2.2.2 Software
Es un conjunto de instrucciones lógicas preasignadas que se les da al computador y que
entiende, para que esta realice las acciones que se desea y cumpla con su objetivo, estas
instrucciones las da una persona que conoce algún lenguaje especifico de programación por
ejemplo un Ingeniero en Sistema, software o algunas veces por una persona autodidacta
amante a la programación y que sabe sobre la materia.
Según (Pressman, 2010) afirma que “El software es el producto que construyen
programadores profesionales con sus conocimientos y al que después le dan mantenimiento
durante un largo tiempo”.
Marco teórico 12
El software es desarrollado por programadores Profesionales o Ingenieros, este
representa una herramienta muy importante para los seres humanos porque en estos
alrededores del mundo ya se relaciona el software con las actividades cotidianas ya sea en
las áreas Sociales, comerciales, culturales, etc (Pressman, 2010).
En el tiempo actual las empresas y servicios alrededor del mundo operan mediante
sistemas informáticos automatizados y controlados por computadoras para simplificar sus
actividades, lo que ha hecho que estos productos tecnológicos sean muy demandados, por
ellos es casi imposible que una empresa o negocio funcione con normalidad sin un software
que son desarrollados por Ingenieros en sistemas o profesionales a afines, existiendo
software con distintos enfoques que requieren técnicas de Ingeniería especificas
(Sommerville, 2011).
2.2.2.1 Software Proteus
Es un software profesional para el diseño de PCB que cuenta de una interfaz de usuario
sencilla que permite crear diseños esquemáticos para personas profesionales y no
profesionales en el uso del software. En la figura #1, se puede observar la pantalla principal
del software Proteus. Además, consta de un conjunto de funciones básicas y avanzadas que
se adaptan a todo tipo de producto. Fue la primera herramienta en la cual se desarrolla
esquemas de circuito, por lo que se volvió tendencia entre los diseñadores de circuitos,
sirviendo con éxito a las necesidades comerciales y educativas durante 25 años, sin
olvidarnos que su interfaz es muy intuitiva para los estudiantes lo cual les permite un
aprendizaje rápido (LabCenter, 2019). Cabe recalcar que:
• Esta herramienta ofrece simulación de circuito que permite a los estudiantes el
aprendizaje práctico, rápido y divertido.
• Es una solución de software que ayuda a los docentes encargados reutilizar las
prácticas virtuales asignadas.
• Otorga licencia flexible lo cual permite que las clases y tareas se desarrollen en
cualquier lugar.
Ventajas del software Proteus:
• Producto de prueba, para que los estudiantes puedan practicar.
• Permite comprobar el correcto diseño del circuito antes de realizar la placa física.
• La función del enrutamiento automático permite ahorrar tiempo.
• Proteus permite acceder a más de 15 millones de elementos electrónicos.
Marco teórico 13
Se puede sacar provecho del software Proteus en el área Industrial como solución para el
diseño profesional de PCB para optimizar procesos de una empresa, productos que se pueden
realizar gracias a los diseños realizados en Proteus:
• Aviones no tripulados.
• Sistemas de frenado de camiones.
• Tecnología de evacuación.
• Elevadores Industriales.
• Probador de fuerza Universal.
Figura 1. Ventana inicial del software Proteus. Información adaptada de Proteus. Elaborado por el autor.
2.2.2.2 Software Eagle
Es un programa de versión gratuita y versión de pago que cuenta con una gran librería de
componentes, permite realizar diseños de diagramas esquemáticos y circuitos impresos muy
popular, los diseñadores de placa de circuito impreso pueden conectar a la perfección sus
diseños siguiendo las pistas creadas, contando con la ayuda de un panel de control, editor de
diagramas esquemáticos, y editor de circuitos impresos que se los describe a continuación
(Autodesk, 2019):
Panel de control: ventana donde se permite crear, seleccionar y administrar proyectos,
además de manejar directorios de librerías.
Marco teórico 14
Editor de diagrama esquemático: es la ventana donde se representa gráficamente los
componentes electrónicos, en el cual es posible colocar los elementos y conectarlos a través
de cables o etiquetas para representar las conexiones electrónicas que se desea diseñar.
Editor de circuitos impresos con enrutador automático: es la opción que permite a
partir del diseño esquemático, posicionar los componentes electrónicos y dibujar las pistas
que forman los caminos eléctricos en la PCB.
En la figura #2, se puede observar la ventana principal del esquemático en Eagle, permite
agregar todo tipo de componente necesario para diseñar una placa de circuito impresa PCB.
También se puede crear los componentes electrónicos que no se encuentren por cualquier
motivo en Eagle.
Figura 2. Ventana inicial del esquemático de Eagle. Información adaptada de Eagle. Elaborado por el
autor.
2.2.3 NI ELVIS II
Es una estación de laboratorio, que ofrece un ambiente de aprendizaje eficiente, esta
herramienta electrónica fue diseñada por la National Instrument (NI), para brindar apoyo y
conocimiento específicamente para la academia en mediciones analógicas y digitales. Los
profesores, con el enfoque practico que brinda National Instrument (NI) pueden aportar a
los estudiantes con habilidades y conocimientos indispensable para un profesional en
Ingeniería (National Instruments, 2019).
Marco teórico 15
2.2.3.1 Visión General
Es una respuesta a los problemas que surgen por no realizar prácticas experimentales, el
equipo electrónico es basado en la práctica física y obtención de valores lógicos que
permitan comparar resultados, e integrando sin problemas en una extensa gama de estudio
satisfaciendo las expectativas pedagógicas de los profesores.
Áreas de Ingeniería en los que NI ELVIS II resuelve inconveniente (National Instruments,
2019):
• Automotriz.
• Semiconductor.
• Academia e investigación.
• Electrónicos.
• Maquinaria Industrial.
• Maquinaria Pesada.
2.2.3.2 Ventajas de NI Elvis II
• NI Elvis agiliza el éxito de la Ingeniería proporcionándole una plataforma centrada
en software que aprovecha el hardware modular y un amplio ecosistema.
• El ecosistema de NI ELVIS II, ayuda a realizar sistemas innovadores de manera más
eficiente, proporcionando servicio, soporte y complementos de software.
• NI ELVIS II ofrece una combinación de software productivo, controladores de alta
calidad y hardware modular que le ayuda a desarrollar soluciones tecnológicas
definidas por el usuario.
La figura #3, muestra el módulo electrónico NI ELVIS II, el cual cuenta con una base
que donde se alojan la tarjeta lógica removible y la parte física o hardware medio que sirve
para la interacción entre los usuarios y la PC.
Marco teórico 16
Figura 3. Equipo físico NI ELVIS II. Información tomada de National Instruments. Elaborado por el autor
2.2.4 Diseño de circuito
Proceso indispensable, para coordinar, proyectar, distribuir y organizar un grupo de
elementos electrónicos sobre una base utilizando un software especial y técnicas para
cumplir con una mejor presentación visual, con el propósito de obtener plasmado el
pensamiento humano en un producto.
Gracias a herramientas computacionales desarrolladas por el hombre, se puede diseñar
circuitos impresos, desarrollar esquemáticos, simulaciones y placas de circuito impreso
(PCB), recordando que para ello se necesitan de técnicas especiales para no tener
inconvenientes en el proceso. En las universidades se imparte la teoría básica sobre las
distintas materias y ahora es común el diseño y desarrollo de placas de circuito impreso o
Printed Circuit Board (PCB) que apoyan con el aprendizaje y automatización de procesos,
normalmente constan con sensores, acondicionadores de señal, microcontroladores y otros
elementos electrónicos (Salas, Pérez, & Ramírez, 2018).
Para elaborar placas de circuitos electrónicos hay 2 maneras, la que está enfocada en
maquinarias electrónicas que reciben instrucciones y procesos para que realicen el circuito
impreso tal y cual lo deseen, y la manera artesanal que usualmente se utilizan materiales
corrosivos con los cuales se obtienen resultados esperados dependiendo de las habilidades
de la persona que lo esté realizando (Inca & Rengifo, 2015).
En la figura #4, se observa el diseño de un circuito en un software especial, por lo general
Eagle.
Marco teórico 17
Figura 4. Diseño de circuito electrónico. Información adaptada de Eagle. Elaborado por Pillasagua Oviedo
Steven Leonardo.
2.2.5 Sistema de comunicación
Según EcuRed (2012) es la transmisión de información desde la fuente al destino
mediante el uso de distintas técnicas modulares, a través de canales de transmisión, contando
con una infraestructura adecuada que permita brindar teleservicios.
Para la transmisión de información de un transmisor a un receptor, hay 2 formas:
Por medio guiado (cableado): es el medio encargado de transmitir la información de
una ubicación a otra, suele ser cable o fibra óptica.
Por medio no guiado (inalámbrico): no utiliza medio físico para la transportación de
información, debido a que el aire es el encargado de transmitir información mediante ondas
electromagnéticas.
Los 3 elementos básicos que conforman un sistema de comunicación son: transmisor,
medio de comunicación y receptor como se muestra en la figura #5, estos elementos realizan
sus funciones para transmitir la información ya sea guida o no guiada.
Figura 5. Sistema de comunicación. Información adaptada de CEP, 2016. Elaborado por el autor.
Marco teórico 18
Los elementos del sistema de comunicación según Guanipa-Pérez (2012) son:
Transmisor: es el que envía información o datos en forma de ondas, para poder lograr
una transmisión que sea eficiente y efectiva se deben cumplir con varias operaciones de
procesamiento y manejo de señales, entre la más común de ellas es la modulación que se
define como un conjunto de técnicas usadas para que una onda de información se acople a
una portadora para ser transmitida a distancia.
Medio de transmisión: es el elemento o medio por el cual se transmite información
siendo, el puente que une el emisor y el receptor de la comunicación. Este medio puede ser
guiado como un par de cables, cable coaxial, fibra óptica, o no guiado como el aire, el agua
etc. Desgraciadamente cualquiera que sea el medio presenta obstáculos que no permiten la
comunicación, tales obstáculos pueden ser la interferencia, la distancia o el ruido.
Receptor: es el dispositivo al cual el mensaje es enviado, se encarga de recibir y extraer
la señal deseada del canal de transmisión, entregarla al transductor de salida. Las señales
que llegan al receptor son débiles, esto se debe a la atenuación que sufren al momento de la
transmisión, por lo que el receptor debe tener múltiples etapas de amplificación. El trabajo
clave que hace el receptor es demodular señales, proceso contrario al de la modulación del
transmisor, con lo cual la señal vuelve a su forma original.
Torres, Mendizábal, Villaroel y Zamorano (2013) Afirman que “El objetivo de un
sistema de comunicaciones es transmitir información entre dos o más ubicaciones, llamadas
generalmente estaciones” además agregan que “Esto se logra convirtiendo la información
de la fuente original en energía electromagnética y después transmitiendo la energía a uno o
más destinos, donde se reconvierte a su forma original”.
Un sistema electrónico de comunicación se encarga de transmitir mediante un medio,
receptar y procesar información entre dos puntos lejanos o conocidos también como
estaciones, utilizando circuitos electrónicos, existiendo 2 tipos de comunicaciones o
sistemas de transmisión: Analógica cuando sus características varían continuamente y
digital cuando sus características varían discretamente, recalcando que todas las formas de
información se deben transformar a energía electromagnética antes de ser difundida por el
espacio (Tomasi, 2003).
2.2.5.1 Sistema de transmisión analógica
La transmisión de la señal es analógica y consiste en él envió de información en forma
de ondas a través de un medio físico o no físico, la información que se envía a utilizando
Marco teórico 19
una portadora, que es una onda simple que tiene como objetivo transportar esa información
y modificando una de sus características de amplitud, frecuencia o fase, por este motivo, el
enviar información analógica se denomina generalmente transmisión de modulación de la
portadora (Pillou, 2017).
2.2.5.2 Sistema de transmisión digital
Abre una gran área de técnicas de comunicación incluyendo la transmisión digital y la
radio digital, es él envió de señales digitales sean binarias o cualquier otra forma de pulsos
digitales de valores discretos, entre 2 puntos que se encuentran distantes utilizando un
sistema de telecomunicaciones. La información original puede estar en forma digital, o
podrían ser señales analógicas convertidas en impulsos digitales antes de su transmisión y
al momento de llegar al receptor, reconvertirla en analógicas. La modulación digital brinda
más capacidad de información, mejor protección en los datos y calidad en las
comunicaciones (Tomasi, 2003).
2.2.6 Circuitos electrónicos para armar el modulador
Estructuras de tamaño pequeño, que llevan en su interior una enorme cantidad elementos
como transistores, diodos, entre otros. Estos se dividen según su tipo y propósito. A
continuación, se detalla los integrados a usar en la implementación del módulo PSK/QPSK:
2.2.6.1 Integrado CD4069
El integrado CD4069 se compone internamente de seis circuitos inversores y se fabrica
utilizando MOS complementarios (CMOS), dotándolo de características como un amplio
rango de operación de la fuente de alimentación, bajo consumo de energía, alta inmunidad
al ruido, aumento controlado y simétrico
En la figura #6, se observa la parte externa del integrado electrónico, mientras que en la
figura #7, se observa el esquema de conexiones del integrado CD4069 con sus respectivos
pines de conexión.
Figura 6. Integrado electrónico CD4069. Información tomada de Datasheet. Elaborada por el autor.
Marco teórico 20
Figura 7. Diagrama de conexión del integrado electrónico CD4069. Información tomada de Datasheet.
Elaborada por el autor.
2.2.6.2 Integrado ICL8038
El generador de forma de onda ICL8038 es un circuito integrado capaz de producir
señales con alta precisión, estas pueden ser sinusoidal, cuadrada, formas de onda
triangulares, de diente de sierra y de pulso con un mínimo de componentes externos. La
frecuencia (o tasa de repetición) puede ser seleccionado externamente de 0.001Hz a más de
300kHz utilizando resistencias o condensadores, y frecuencia. La modulación y el barrido
se pueden lograr con una tensión externa.
En la figura #8, se observa la parte externa del integrado electrónico, mientras que en la
figura #9, se observa el esquema de conexiones del integrado ICL8038 con sus respectivos
pines de conexión.
Figura 8. Integrado electrónico ICL8038. Información tomada de Datasheet. Elaborada por el autor.
Marco teórico 21
Figura 9. Diagrama de conexión del integrado electrónico ICL8038. Información tomada de Datasheet.
Elaborada por el autor.
2.2.6.3 Integrado TL084
El TL084 es un integrados de alta velocidad, con entrada de cuadruplicadores de
operación, incorporando transistores bipolares, de alta tensión, bien acoplados en un circuito
integrado monolítico. Los dispositivos presentan altas velocidades, bajos sesgos de entrada
y Corrientes de desplazamiento, y baja temperatura de voltaje de desplazamiento
coeficiente.
En la figura #10, se observa la parte externa del integrado electrónico, mientras que en la
figura #11, se observa el esquema de conexiones del integrado TL084 con sus respectivos
pines de conexión.
Figura 10. Integrado electrónico TL084. Información tomada de Datasheet. Elaborada por el autor.
Marco teórico 22
Figura 11. Diagrama de conexión del integrado electrónico TL084. Información Tomada de Datasheet.
Elaborada por el autor.
2.2.6.4 Integrado CD4094
Integrado que permite el desplazamiento en serie de 8 etapas que tiene un registro de
almacenamiento asociado con cada etapa para colocar datos de la entrada en serie a la salida.
Las salidas paralelas se pueden conectar directamente a las líneas comunes. Los datos se
desplazan en transiciones de reloj positivas.
En la figura #12, se observa la parte externa del integrado electrónico, mientras que en la
figura #13, se observa el esquema de conexiones del integrado CD4094 con sus
respectivos pines de conexión.
Figura 12. Integrado electrónico CD4094. Información tomada de Datasheet. Elaborada por el autor.
Marco teórico 23
Figura 13. Diagrama de conexión del integrado electrónico CD4094. Información tomada de Datasheet. .
Elaborada por el autor.
2.2.6.5 Integrado CD4520
CD4520 Dual Binary Up-Counter consisten en un contador, sincrónico internamente, de
4 etapas. Las etapas Counter son flip-flops tipo D que tienen líneas CLOCK y ENABLE
intercambiables para incrementar tanto la transición positiva como la negativa. Para la
operación de una sola unidad, la entrada ENABLE se mantiene alta y el contador avanza en
cada transición positiva del RELOJ. los contadores se borran por niveles altos en sus líneas
RESET.
En la figura #14, se observa la parte externa del integrado electrónico, mientras que en la
figura #15, se observa el esquema de conexiones del integrado CD4520 con sus respectivos
pines de conexión.
Figura 14. Integrado electrónico CD4520. Información tomada directamente del autor. Elaborada por el
autor.
Marco teórico 24
Figura 15. Diagrama de conexión del integrado electrónico CD4520. Información tomada de Datasheet.
Elaborada por el autor.
2.2.6.6 Integrado CD4052
Son interruptores analógicos controlados digitalmente que tienen una impedancia de
encendido baja y una corriente de fuga de apagado muy baja. Estos circuitos multiplexores
se disipan extremadamente.
En la figura #16, se observa la parte externa del integrado electrónico, mientras que en la
figura #17, se observa el esquema de conexiones del integrado CD4052 con sus respectivos
pines de conexión.
Figura 16. Integrado electrónico CD4052. Información tomada de Datasheet. Elaborada por el autor.
Marco teórico 25
Figura 17. Diagrama de conexión del integrado electrónico CD4052. Información tomada de Datasheet.
Elaborada por el autor.
2.2.6.7 Integrado CD14070
El Harris CD14070B consta de 4 puertas Exclusivas OR independientes y 4 puertas
exclusivas-NOR. El CD4070B, proporcionando al diseñador del sistema utilizar el mismo
integrado con un medio Exclusiva-O y funciones exclusivas-NOR.
En la figura #18, se observa la parte externa del integrado electrónico, mientras que en la
figura #19, se observa el esquema de conexiones del integrado CD4070 con sus respectivos
pines de conexión.
Figura 18. Integrado electrónico CD14070. Información tomada de Datasheet. Elaborada por el autor.
Marco teórico 26
Figura 19. Diagrama de conexión del integrado electrónico CD14070. Información tomada de Datasheet.
Elaborada por el autor.
2.2.6.8 Integrado LF356
Los circuitos LF356 son amplificadores operacionales monolíticos de entrada J-FET que
incorporan J-FET de alto voltaje bien adaptados en el mismo chip con transistores bipolares
estándar. Estos amplificadores presentan una baja polarización de entrada y corrientes de
compensación, baja tensión de compensación de entrada y deriva de tensión de
compensación de entrada, junto con un ajuste de compensación que no degrada la deriva o
el rechazo en modo común.
En la figura #20, se observa la parte externa del integrado electrónico, mientras que en la
figura #21, se observa el esquema de conexiones del integrado LF 356 con sus respectivos
pines de conexión.
Figura 20. Diagrama de conexión del integrado electrónico LF 356. Información tomada de Datasheet.
Elaborada por el autor.
En el anexo 1, se puede observar el datasheet de los integrados mencionados anteriormente.
Marco teórico 27
Figura 21. Diagrama de conexión del integrado electrónico LF356. Información tomada de Datasheet.
Elaborada por el autor.
2.2.6.9 Placa de Circuito Impreso
Las placas de circuitos electrónicos Según Inca y Rengifo (2015) son: “superficies
constituida por pistas que facilitan la conducción eléctrica, montadas sobre un material que
actúa como aisladora o no conductora”.
Según Salas, Pérez, Ramírez (2018) La placa de circuito “es una plancha de material
rígido aislante, cubierta por unas pistas de cobre en una de sus caras o en ambas, para servir
como conductor o de interconexión eléctrica entre los distintos componentes que se
montarán sobre ella”, además agrega que “La materia prima consiste en una base aislante,
típicamente de “fibra de vidrio” o “Baquelita” recubierta completamente por una lámina fina
de cobre”.
Todos los dispositivos electrónicos, constan internamente de una placa de circuito
impreso (PCB) diseñada previamente como base para que sobre esta vayan ubicados
elementos electrónicos que realizan una función específica, existiendo el método de
fabricación casera y la solución por cloruro férrico, (Arrivillaga, 2015).
Según Salas, Pérez, Ramírez (2018) la clasificación de las técnicas para la elaboración
de PCBs son:
• Elaboración de PCB mediante ataque Químico.
• Elaboración de PCB por máquinas Fresadoras o sin utilizar Químicos.
En la figura #22, se muestra una placa en la cual se ha impreso un circuito electrónico de
manera artesanal, utilizando un marcador para crear las pistas del circuito.
Marco teórico 28
Figura 22. Placa de circuito impreso. Información adaptada directamente del autor. Elaborado por
Pillasagua Oviedo Steven Leonardo
2.2.7 Modulación de señales
Según menciona EcuRed (2012) “Consiste en variar determinado aspecto de una señal
denominada portadora con respecto a una segunda señal denominada señal moduladora,
generando finalmente una "señal u onda modulada"”.
(Briceño, 2005) afirma que los tipos de modulación se clasifican según el sistema de
transmisión:
Analógicas: Cuando la señal portadora y la moduladora son analógicas.
• Modulación de amplitud, AM
• Modulación de frecuencia, FM
• Modulación de fase, PM
Digital: Cuando la señal portadora es analógica y la señal moduladora es digital.
• Desplazamiento de amplitud, ASK
• Desplazamiento de frecuencia, FSK
• Desplazamiento de fase, PSK
Marco teórico 29
El presente proyecto de titulación trata sobre la implementación de un módulo
PSK/QPSK, por ello se tratará sobre los conceptos básicos de las modulaciones digitales en
cuestión.
2.2.7.1 Modulación PSK (Phase Shift Keying)
PSK o modulación por desplazamiento de fase, es una técnica de modulación digital que
consiste en hacer varias la fase de la portadora dependiendo los valores de la entrada digital.
Las distintas modulaciones posibles que se pueden generar en PSK, depende de la porción
de información que se desee transmitir, por ello existen las siguientes denominaciones:
BPSK la cual trabaja a 2 fases, QPSK que trabaja a 4 fase y 8-PSK con 4 fases, cabe recalcar
que a mayor fase más sensibilidad al ruido. Una de las mayores ventajas que existe es que
la potencia que con que se transmite la información es constante, (Villa & Rojas, 2009).
Figura 23. Diagrama de bloques del modulador PSK. Información Tomada de libro Tomasi. Elaborado por
el autor.
En la figura #23, se observa el diagrama de bloques del modulador PSK/QPSK, en el
cual entra una señal binaria que contiene la información 𝑓(𝑡), que puede tener entre 2 valores
+-1, también se considera una señal portadora cos(𝑤𝑐 𝑡).
𝐹𝑝𝑠𝑘(𝑡)=𝐹(𝑡) cos𝑤𝑐𝑡 = {−𝑐𝑜𝑠 𝑤𝑐𝑡, 𝑠𝑖 𝑓(𝑡) = −1𝑉; 0 𝑙ó𝑔𝑖𝑐𝑜
+ cos𝑤𝑐𝑡 , 𝑠𝑖 𝑓(𝑡) = +1; 1 𝑙𝑜𝑔𝑖𝑐𝑜
Por ello la señal de salida de la modulación PSK, se la observa en la figura N# 24.
Marco teórico 30
Figura 24. Señal binaria de información y Señal modulada PSK. Información Tomada de libro Tomasi.
Elaborado por el autor.
2.2.7.2 Modulación QPSK (Quadrature Phase Shift Keying)
Es una de las variaciones de la modulación PSK más utilizada, conocida también como
transmisión por desplazamiento de fase cuaternaria (QPSK), es una modulación de
codificaciones M-ario, donde M=4 (por ello el nombre de “cuaternario”), son posible cuatro
fases de salida para una sola frecuencia de la portadora. La entrada a un modulador QPSK,
es una señal que tiene base 2(binaria) y permite obtener cuatro posibles condiciones,
distinguiendo 2 canales: I y Q, como posee 2 bits se tendrá las siguientes condiciones: 00,
01, 10, 11 que se combinan en grupo de 2 que son llamados dibits (Loja, 2014).
En la figura #25 se observa el circuito modulador, en el cual ingresan dos Bit, I y Q, la
señal I se la multiplica con la portadora senWct, algo similar se hacer con el bit Q que se
multiplica con el desfazador de 90° cosWct como proceso final se suman ambas señales,
obteniendo la señal QPSK.
Figura 25. Sistema modulador QPSK. Información Tomada de Quínde Angee. Elaborado por el autor.
X
Σ
𝑉 (𝑡)
𝑤𝑐(𝑡)
𝑉 (𝑡)
X
-900
𝑤𝑐(𝑡)
𝑜𝑠 𝑤𝑐(𝑡)
I Q
𝑜𝑠 𝑤𝑐(𝑡)
Marco teórico 31
Salida de los multiplicadores:
-Canal I: +cos(𝑤𝑐 𝑡) y −cos(𝑤𝑐 𝑡)
-Canal Q: +sin𝑊𝑐(𝑡) y −sin𝑊𝑐(𝑡)
𝑉 𝑝𝑠𝑘(𝑡) = cos(𝑤𝑐 𝑡) + sin𝑊𝑐(𝑡)
En la tabla #2, se muestra las posibles fases de salida de un modulador PSKQPSK.
Tabla 2. Fases de la modulación QPSK.
Fases de salida VQPSK(t)
Entrada binaria Fase de salida
I Q
0 0 √2 sin(𝑊𝑐 𝑡 − 135°)
0 1 √2 sin(𝑊𝑐 𝑡 + 135°)
1 0 √2 sin(𝑊𝑐 𝑡 − 45°)
1 1 √2 sin(𝑊𝑐 𝑡 + 45°)
Tabla 2. Información tomada del libro de Sistemas de comunicaciones. Elaborado por el autor.
La forma de la onda QPSK, que se genera dependerá de las distintas instancias binarias,
como se muestra en la figura #26.
Figura 26. Representación grafica de señal modulada QPSK. Información Tomada de libro Tomasi.
Elaborado por el autor.
Ejemplo:
I=1, Q=1
Se realiza el siguiente calculo.
Vqpsk= +cosWct + senWct
SEÑAL MODULADORA
SEÑAL PORTADORA
SEÑAL MODULADA
Marco teórico 32
Vqpsk=(√(1)2 + (1)2).=√2
∅=tg−1 (1
1)=45°
∅ = 90° − 45° = 45°
En la figura #27 se muestra la representación gráfica de símbolos digitales I=1 y Q=1,
recibidos en un periodo de tiempo conocido también como diagrama de constelación.
Figura 27. Diagrama de constelación QPSK. Información Tomada de libro Tomasi. Elaborado por el autor.
2.3 Marco Legal
Las leyes o normas donde se fundamenta el presente trabajo de titulación llamado
“IMPLEMENTACIÓN DE UN MÓDULO DE PRÁCTICA PSK/QPSK” son los
siguientes:
La Constitución del Ecuador (2008), en el Título VII “Régimen del Buen Vivir”, en el
Capítulo primero en la Sección Primera “Educación” establece lo siguiente:
“Art.347 Será responsabilidad del estado:
Fortalecer la educación pública y la coeducación; asegurar el mejoramiento permanente
de la calidad, la ampliación de la cobertura, la infraestructura física y el equipamiento
necesario de las instituciones educativas públicas.
Incorporar las tecnologías de la información y comunicación en el proceso educativo y
propiciar el enlace de la enseñanza con las actividades productivas o sociales.
Art. 350: “El sistema de educación superior tiene como finalidad la formación académica
y profesional con visión científica y humanista; la investigación científica y tecnológica; la
innovación, promoción, desarrollo y difusión de los saberes y las culturas.”
Marco teórico 33
Según la (Ley Orgánica Reformatoria a la Ley Orgánica de Educación Superior, 2018)
indica en el Art.8 Fines de educación superior: la educación superior mediante este articulo
expone los siguientes fines:
Aportar al desarrollo del pensamiento universal, al despliegue de la producción
científica, de las artes y de la cultura y a la promoción de las transferencias e innovaciones
tecnológicas.
Fomentar y ejecutar programas de investigación de carácter científico, tecnológico y
pedagógico que coadyuven al mejoramiento y protección del ambiente y promuevan el
desarrollo sustentable nacional en armonía con los derechos de la naturaleza
constitucionalmente reconocidos, priorizando el bienestar animal.
Impulsar la generación de programas, proyectos y mecanismos para fortalecer la
innovación, producción y transferencia científica y tecnológica en todos los ámbitos del
conocimiento.
En el Art.13 Funciones del Sistema de Educación Superior como indica la (Ley Orgánica
Reformatoria a la Ley Orgánica de Educación Superior, 2018) establece que son funciones
del Sistema de Educación Superior:
Promover la creación, desarrollo, transmisión y difusión de la ciencia, la técnica, la
tecnología y la cultura.
Formar académicos, científicos y profesionales responsables, éticos y solidarios,
comprometidos con la sociedad, debidamente preparados en todos los campos del
conocimiento, para que sean capaces de generar y aplicar sus conocimientos y métodos
científicos, así como la creación y promoción cultural y artística.
Según la (Ley Orgánica Reformatoria a la Ley Orgánica de Educación Superior, 2018)
en el Art.35 expone lo siguiente:
“Obtención de recursos para investigación, ciencia, tecnología e innovación sean
oportunos, efectivos y permitan el desarrollo de un interés permanente de los investigadores
y docentes.”
Según el Art.96 de la (Ley Orgánica Reformatoria a la Ley Orgánica de Educación
Superior, 2018) indica:
“El aseguramiento interno de la calidad, es un conjunto de actividades que llevan a las
carreras, programas académicos; en coordinación con otros actores del Sistema de
Educación Superior”.
Según (Ley Orgánica Reformatoria a la Ley Orgánica de Educación Superior, 2018)
mediante su Art. 109 manifiesta que para la creación de universidades o escuelas
Marco teórico 34
politécnicas públicas se deberá contar con la certificación del Ministerio de Economía y
Finanzas para la creación de la partida presupuestaria correspondiente, que garantice su
financiamiento, que contenga los siguientes requisitos:
Infraestructura tecnológica propia y laboratorios especializados.
Contar con bibliotecas, hemerotecas, videotecas y más recursos técnicos pedagógicos
que garanticen un eficiente aprendizaje y los demás requisitos que consten en el reglamento
que para el efecto expida el Consejo de Educación Superior.
Capitulo III
Metodología
3.1 Descripción de proceso metodológico
La finalidad de este proyecto de titulación fue de optimizar y agilizar los procesos que
son necesarios para desarrollar las prácticas experimentales propuestas por el docente
encargado de impartir la clase y brindar sus conocimientos en la materia de simulación de
sistemas, mediante la implementación y el correspondiente uso de un nuevo equipo
electrónico de alta tecnología, que fue adaptado a la necesidad con la que cuenta el
laboratorio de Networking/Telecomunicaciones de la Carrera Universitaria de Ingeniería
en Teleinformática, complementando así la metodología teórica.
El módulo implementado, ayudó a los estudiantes de Ingeniería en Teleinformática en lo
financiero, debido a que ya no tenían que armar el circuito modulador PSK/QPSK de señales
para la materia de simulación de sistemas, ya que el módulo estaría listo para ser usado en
el laboratorio evitando que compren los componentes electrónicos, además que se
disminuyó el tiempo necesario para realizar sus prácticas. Para realizar este trabajo, se
usaron las siguientes metodologías bibliográfica, aplicada y experimental.
Una parte que fue muy importante y significativa en la elaboración y ejecución de esta
tesis fue poner en práctica los conocimientos repasados y adquiridos en la etapa de estudiante
en la Carrera Universitaria de Ingeniería en Teleinformática, sobre las modulaciones de
señales digitales PSK/QPSK, que permitió tener una idea clara sobre los objetivos a cumplir
al realizar las prácticas utilizando el equipo electrónico implementado.
3.2 Diseño de la investigación
Se usaron 3 metodologías esenciales para desarrollar con éxito este proyecto de
titulación, las cuales envolvieron toda el área requerida, dentro de estas 3 metodologías se
encuentran la bibliográfica, aplicada y experimental.
La metodología bibliográfica se basó en la recolección de datos, a partir de trabajos
investigativos, estudios, artículos científicos, libros, etc, realizados con anterioridad, que
proporcionaron información necesaria y adecuada, relacionada con el tema, la cual fue útil
para la obtención de conocimientos que ayudó a comprender el estado del problema a tratar
y las posibles soluciones.
la metodología aplicada se basó en utilizar los conocimientos adquiridos en la etapa
estudiantil para el desarrollo e implementación de nuevas tecnologías, que ayuden al bien
Metodología 36
común de todos los habitantes, en este en caso beneficio de los estudiantes y docentes de la
Carrera de Ingeniería en Teleinformática.
Con la metodología experimental se realizó la implementación ubicada en el laboratorio
de Networking/Telecomunicaciones de la Carrera de Ingeniería en Teleinformática, para que
se compruebe el preciso funcionamiento del módulo que se implementó. Dentro del proyecto
de titulación, se desarrolló una guía de uso del módulo, la que establece un modelo a seguir
teórico-práctico.
3.3 Enfoque de la investigación
El proyecto de titulación se desarrolló a través de las metodologías: bibliográfica,
aplicada y experimental, en la cual se mezclaron en el mismo laboratorio de clases la teoría
impartida por el docente y la práctica, mediante el uso de la implementación del módulo
PSK/QPSK integrado en el laboratorio de Networking/Telecomunicaciones que ayudó a la
comparación y obtención de resultados fiables, además que se demostró la optimización del
tiempo y ahorro de recursos económicos que solían utilizar los estudiantes en la ejecución
de las prácticas experimentales.
3.3.1 Metodología Bibliográfica
En esta metodología, se efectúo una exploración de información bibliográfica en la cual
se usaron distintas técnicas y estrategias que ayudaron a la obtención de información, la
investigación se llevó a cabo en distintos medios, ya sean tesis, libros, páginas web, artículos
y revistas desarrolladas por diferentes autores alrededor del mundo, se recopilo
información necesaria, en este caso la que trato sobre la importancia de la implementación
de un módulo electrónico, la eficiencia del uso de los laboratorios de prácticas
experimentales en el proceso de enseñanza-aprendizaje de los estudiantes para la
comprensión adecuada de los conocimientos que se imparte y los beneficios que brindan.
Además, se realizó una investigación sobre las modulaciones PSK/QPSK y el uso que se
les da a estas técnicas en la vida cotidiana de los seres humanos, beneficiándolos en su
desarrollo social, económico, etc.
El uso de esta metodología fue muy conveniente al momento de obtener información
adecuada para desarrollar sin problemas el presente proyecto de titulación, ya surgió la
necesidad de investigar mucho sobre el contenido y tener conocimientos sobre los materiales
y herramientas que se usaron para la creación de dicho proyecto.
Metodología 37
3.3.2 Metodología aplicada
Fue una metodología útil para el progreso de este proyecto, permitió poner en práctica
el conocimiento teórico y práctico que se adquirio durante las clases recibidas en la Carrera
estudiada, en productos, diseños, simulaciones e implementaciones de soluciones
potenciales a distintos problemas que se pueden suscitar en cualquier área, como fue en este
caso en el ámbito estudiantil, específicamente en el laboratorio de
Networking/Telecomunicaciones de la Carrera de Ingeniería en Teleinformática que le
faltaba un equipo electrónico que ayude al estudiante a desarrollar sus prácticas
disminuyendo el uso de recursos, aumente el nivel de aprendizaje y además sea económico
de desarrollar e implementar.
3.3.3 Metodología Experimental
La metodología experimental, se basó en la implementación del módulo PSK/QPSK en
la que se usaron distintos materiales y herramientas que se describieron en el capítulo
anterior y con el diseño del correspondiente circuito electrónico en una placa de circuito
impreso.
Con dicha implementación, se pudo realizar la ejecución de este proyecto investigativo,
se comparó la manera tradicional mediante la cual se realizan las prácticas experimentales
sobre modulaciones PSK/QPSK hasta el momento en el laboratorio de
Networking/Telecomunicaciones de la Carrera de Ingeniería en Teleinformática de la
Universidad de Guayaquil, con la manera en que se realizará a partir de ahora gracias a la
implementación del módulo PSK/QPSK.
El estudio de la metodología experimental se desarrolló de la mano con la realización de
las prácticas sobre los sistemas de modulación PSK/QPSK utilizando la nueva herramienta
a implementar como lo es el módulo electrónico.
Se pretendió evidenciar la importancia de realizar las prácticas experimentales dentro del
laboratorio, usando nuevas herramientas y avances tecnológicos que genere a los estudiantes
una mejor comprensión de la materia fortaleciendo los conocimientos y aclarando dudas
sobre la modulación.
3.4 Análisis Bibliográfico sobre la necesidad de implementar un Modulador
PSK/QPSK
Se revisaron fuentes bibliográficas, las cuales pusieron en evidencia la necesidad que
tiene el laboratorio de Networking/Telecomunicaciones de la Carrera de Ingeniería en
Metodología 38
Teleinformática de la Universidad de Guayaquil de contar con herramientas tecnológicas
que ayuden al desarrollo de las prácticas por parte de los estudiantes, para afianzar sus
conocimientos teóricos. Los documentos bibliográficos corresponden a estudiantes ya
Graduados de Ingenieros en teleinformática, que realizaron sus tesis utilizando el laboratorio
de Networking/Telecomunicaciones o su entorno. A continuación, se realiza el análisis de
la información bibliográfica acerca de la necesidad de equipos tecnológicos.
(Vélez J. , 2018) en su trabajo de titulación llamado “ANÁLISIS CUANTITATIVO
DEL RUIDO EN SISTEMAS DE MODULACIÓN DIGITAL ASK, FSK Y BPSK “ destaca
las falencias y problemas que se producen al no tener equipos o herramientas tales como
MatLab, generadores, medidores etc en el laboratorio de Networking/Telecomunicaciones,
además del beneficio que podría tener al contar con un laboratorio bien equipado con
tecnología que ayude a mejorar la metodología de enseñanza y formación de futuros
profesionales en la Carrera de Ingeniería en Teleinformática de la Universidad de Guayaquil.
Según (Duche, 2018) en su trabajo de tesis llamado “IMPLEMENTACIÓN EN
SOFTWARE DE LOS SISTEMAS DE MODULACIONES ANALÓGICAS” enfatiza en la
necesidad de contar con distintos equipos tecnológicos que son indispensable para el
desarrollo de las prácticas en el Laboratorio de Networking/Telecomunicaciones, también
afirma que estos pueden generar y mostrar señales que son requeridas al momento de realizar
prácticas que tengan relación con el área de las Telecomunicaciones, aclarando las
consecuencias de no contar con estos equipos y beneficios que brindaría el adquirir o
implementar estas herramientas. en un futuro.
Según (Pelchor, 2018) en su trabajo de titulación llamado “ANÁLISIS
CUANTITATIVO DEL RUIDO EN SISTEMAS DE MODULACIÓN ANALÓGICOS
AM Y FM “, afirma que las prácticas experimentales contribuyen al mejoramiento de la
calidad de estudio, debido a que permite adquirir destrezas que necesita un profesional para
salir adelante como Ingeniero, todo esto contando con los equipos adecuados en los
laboratorios.
3.4.1 Resultado
Al realizar el análisis a las investigaciones bibliográfica de otras tesis, se determinó que
en todas se identifica la necesidad de tener equipos electrónicos que mejoren los procesos
de enseñanza y aprendizaje en el laboratorio de Networking/Telecomunicaciones de la
Carrera de Ingeniería en Teleinformática, por ello es preciso la adquisición e
implementación de nuevas herramientas tecnológicas que permitan un mejor progreso
Metodología 39
educativo de los estudiantes de Ingeniería en Teleinformática. La falta de un modulador
PSK/QPSK, está entre las necesidades de equipos que faltan en el laboratorio, por ello se
implementará un equipo modulador PSK/QPSK para que beneficie a los estudiantes que
realicen prácticas experimentales de la materia de simulación de sistemas.
Capitulo IV
Desarrollo de la propuesta
En este capítulo del proyecto de titulación se explicará el desarrollo de la propuesta dada
por el estudiante, además de las herramientas y materiales con los que se diseñará,
comprobará e implementará el modulador PSK/QPSK el cual estará ubicado en el
laboratorio de prácticas de Networking/Telecomunicaciones de la Carrera de Ingeniería en
Teleinformática de la Universidad de Guayaquil, servirá específicamente para realizar las
prácticas experimentales de la materia de simulación de sistemas que los estudiantes de 8vo
semestre deben cursar para el correcto manejo de señales que les servirá en su vida
profesional.
Debido a la falta de equipos electrónicos especiales que contribuyan en el aprendizaje del
estudiante, captar correctamente esta materia hasta el momento presenta inconvenientes ya
que las prácticas que ayudan a consolidar los conocimientos teóricos no se las puede llevar
a cabo con eficiencia.
Teniendo en cuenta la manera actual en que se realizan las prácticas experimentales en el
laboratorio de la Carrera de Ingeniería en teleinformática, se pretende demostrar que la
implementación del módulo electrónico PSK/QPSK aportará beneficios tanto a los
estudiantes como a los docentes.
Es indispensable:
1) Contar con el diagrama del circuito electrónico que se desea implementar como
módulo para prácticas.
2) Diseñar el circuito modulador en una herramienta que permita digitalizarlo para
después imprimirlo sobre una placa de circuito impreso (PCB), para ello se utiliza el
software Eagle.
3) Tener los materiales los cuales son: circuitos integrados, resistencias,
potenciómetros, capacitores, diodos, la placa para la impresión del circuito
electrónico y el ya mencionado diseño de circuito y simulación.
Con la implementación del módulo, se pretende afianzar los conocimientos teóricos
obtenidos en el periodo lectivo, reducir el uso de recursos (tiempo y dinero) que beneficien
a los estudiantes y docentes, además de ayudar a demostrar que los laboratorios son
indispensables en la formación del estudiante como profesional en la Carrera de Ingeniería
en teleinformática.
Desarrollo de la Propuesta 41
4.1 Diagrama del circuito de la modulación PSK/QPSK
Primero se debe tener el diagrama del circuito electrónico que se desea implementar en
un módulo para prácticas, este se lo observa en la figura #28 mientras que en el anexo 4 se
agregan los Datasheet de los circuitos integrados utilizados en esta implementación, dicho
circuito debe estar bien diseñado en el software Eagle para su impresión en la placa
respectivamente.
A partir de este diseño, se creará el diagrama esquemático y diagrama de circuito impreso
en el software Eagle que permite desarrollar PCB, hay que considerar que, aunque el software
no es complicado de manejar, se debe tener conocimientos básicos sobre el manejo de este
para evitar errores o confusiones que por pequeñas que sean afectarían el diseño que se
implementará.
Desarrollo de la Propuesta 42
Figura 28. Diagrama del circuito modulador PSK/QPSK Información tomada de investigación de trabajo.
Elaborado por Sánchez Veloz Gonzalo Ramiro.
.
Se enlista los materiales, cantidad y sus correspondientes valores que son utilizados para
la implementación del módulo PSK/QPSK, véase en el anexo 2.
Desarrollo de la Propuesta 43
4.2 Diseño del circuito PSK/QPSK en Eagle para la impresión en la placa de circuito
impreso.
Es necesario traspasar el esquema electrónico del circuito a un programa que permita
diseñar el circuito en digital para su posterior impresión en una placa de circuitos impreso
(PCB). El programa escogido será Eagle que cuenta internamente con herramientas y
opciones que permiten realizar un diseño adecuado sin mayores problemas, dicho diseño será
representado en el diagrama esquemático y diagrama de circuito impreso que tienen sus
funciones particulares como se verá más adelante en este capítulo.
El software Eagle tiene una interfaz amigable y fácil de usar para el usuario, destinado al
diseño de circuitos para que sean impresos en placas PCB, por ello el uso de esta herramienta
que no requiere mucho conocimiento para el desarrollo de este proyecto.
Consideraciones que se deben tener en cuenta al realizar el diseño del circuito impreso de
este proyecto de titulación:
1) Se deben utilizar los editores de diagrama esquemático y de diseño de circuito
impreso incluidos en Eagle, cada uno tiene una función importante que les permite
complementarse.
2) Algunas veces suelen no estar todos los elementos electrónicos en las librerías que
están incluidas por defecto en el software esto depende de la versión Eagle, para ello
se las agrega siguiendo un conjunto de pasos. En este caso todos los elementos para
el diseño del circuito se han encontrado dentro de las librerías por lo tanto no se
agregaron nuevas.
4.2.1 Diagrama esquemático en Eagle
Primero se debe crear un diagrama esquemático en Eagle, interfaz que permite
representar todos los elementos electrónicos que formarán parte del diseño y observar las
conexiones internas, por ello se selecciona la opción “Schematic” que se muestra al crear un
nuevo proyecto. En la figura N# 29 se observa la ventana del diagrama esquemático sobre
la cual se monta los dispositivos.
Desarrollo de la Propuesta 44
Figura 29. Ventana del editor de diagrama esquemático del circuito en Eagle. Información adaptada de
Eagle. Elaborado por el autor
En la Figura #30 se muestra todos los elementos electrónicos que irán en la placa de
circuito impreso, es necesarario que esten ubicados y ordenados de manera correcta, ya que
de esto depende el diagrama de circuito impreso.
Figura 30. Elementos electrónicos ubicados en el editor esquemático de Eagle. Información adaptada
Eagle. Elaborado por Pillasagua Oviedo Steven Leonardo
Desarrollo de la Propuesta 45
En la Figura #31 se muestra correctamente conectados todos los elementos en sus pines.
Verificar detalladamente al momento de realizar las conexiones debido a los errores que
pueden generarse mas adelante en la implementacion.
Figura 31. Elementos electrónicos conectados correctamente en sus Pines. Información adaptada de Eagle.
Elaborado por Pillasagua Oviedo Steven Leonardo.
|
4.2.2 Diagrama de circuito impreso
Lo siguiente será cambiar el editor de diagrama esquemático a diagrama de circuito
impreso, en dicha ventana se muestra todos los integrados que se agregaron anteriormente
de manera desordenada y sobre el cual se trazan las pistas que conducirán en el circuito
impreso, como se muestra en la figura #32.
Desarrollo de la Propuesta 46
Figura 32. Elementos electrónicos ubicados en el editor de diagrama de circuito impreso. Información
adaptada de Eagle. Elaborado por Pillasagua Oviedo Steven Leonardo.
Se procede a ocultar las líneas de Ruteo que son las de color azul (capa 1) y rojo (capa
2), con el propósito de distinguir de mejor manera los materiales para su debida ubicación
sobre el diagrama. En la figura #33 se muestra como quedaría la placa con sus elementos
sin las pistas.
Desarrollo de la Propuesta 47
Figura 33. Elementos electrónicos ubicados de forma correcta en el editor de diagrama de circuito impreso.
Información adaptada de Eagle. Elaborado por Pillasagua Oviedo Steven Leonardo.
En la figura #34 se muestra que los elementos electrónicos en el diagrama de circuito
impreso han sido ordenados, dándole una idea de funcionamiento y mejor estética para
imprimirlo, además de conectados con sus pistas.
Desarrollo de la Propuesta 48
Figura 34. Elementos electrónicos ubicados y conectados con sus pistas correspondientes. Información
adaptada de Eagle. Elaborado por Pillasagua Oviedo Steven Leonardo.
En esta Figura #35 se muestra la capa inferior (Bottom) del circuito electrónico que se va
a imprimir con sus correspondientes pistas, es la capa principal del diseño de este proyecto,
el color azul de relleno representa la capa de cobre q cubrirá a la placa de circuito.
Desarrollo de la Propuesta 49
Figura 35. Capa inferior del circuito impreso. Información adaptada de Eagle. Elaborado por Pillasagua
Oviedo Steven Leonardo.
La capa superior (Top) se observa en la figura #36 se la reconoce por el color rojo, esta
capa se la crea por la complejidad del circuito electrónico y la necesidad de trazar pistas una
encima de otra, las conexiones que se muestran están ubicadas en la parte de superior
sobresaliendo con los integrados, pero no los afecta.
Desarrollo de la Propuesta 50
Figura 36. Capa superior del circuito impreso. Información adaptada de Eagle. Elaborado por Pillasagua
Oviedo Steven Leonardo.
4.3 Construcción de la placa para circuito impreso
Para realizar la impresión del circuito sobre la placa de cobre, a continuación, se detallan
los pasos y en el anexo 3, se agregan imágenes de dichos procesos:
Selección de la plancha de cobre: Se conseguí una plancha de cobre que es la materia
prima principal, esta debe tener las medidas que necesita el circuito para ser impreso, en el
caso del modulador de señales PSK/QPSK es una plancha de 37cm x 28cm.
Perforación: Los taladros automáticos, están programadas para realizar el proceso de
perforación de acuerdo con el diseño del circuito que desea imprimir, estas perforaciones
deben quedar exactas para que no haya inconvenientes.
Desarrollo de la Propuesta 51
Deposición de cobre recubrimiento: Se procede a recubrir la plancha con una capa de
cobre para tapar los desperfectos que puede dejar el taladro de la máquina para que la placa
siga teniendo en toda su base la propiedad de conducir.
Imagen de las capas externas: En la parte superior e inferior de la placa de circuito
impreso se ubica una película seca que se pegara firmemente con luz ultravioleta, esto es
para proteger el cobre que se desea mantener de acuerdo con el diseño, mientras que el cobre
restante será removido al igual que la capa de color azul con solución alcalina.
Inspección óptica automática: Ahora hay que asegurarse internamente en la placa
(AOI) todo este bien, este proceso es realizado por un robot que proyecta una luz intensa por
toda la placa, esto permite escanear el diseño de la placa física y compararlo con el diseño
que se desea obtener.
Máscara de soldadura: Rociadores especiales se encargan de aplicar una fina Máscara
de soldadura sobre la placa, esto con el fin de protegerla de algún elemento externo que la
pueda afectar, esta liquido se endurece al entrar en contacto con luz ultravioleta.
Serigrafía: El proceso de serigrafiado de una placa de circuito impreso es muy similar
al de una camisa de vestir, en un cuadro grande se estira un lienzo de seda con el diseño que
se desea imprimir, que por lo general suelen tener los nombres o símbolos de los elementos
electrónicos, esto sirve como guía para la ubicación de cada material al ensamblarlo.
Nivelación de soldadura de aire caliente: Se lo cubre de un líquido conductor para
asegurar que después del serigrafiado, la placa siga manteniendo sus propiedades de
conducción que permitirá conectar los materiales entre sí. al salir del líquido, se monta sobre
una máquina que brinda calor para su secado instantáneo.
Prueba eléctrica: Como último, se prueba si la PCB tiene algún corto circuito o fallo al
conducir por sus líneas, la máquina conocida como “pique deavispa”, se encarga de tocar
con sus pinzas finas los puntos conductores de la placa donde irán ubicados los elementos
electrónicos, comprobando que haya continuidad, funcionando correctamente.
Inspección final: Se observa el producto final por encima a vista de ojo humano, la placa
debe contener todas sus líneas conductoras de cada lado en el caso que sean de doble capa.
4.4 Ensamblaje de la placa
Ensamblar es la unión de unir piezas con el propósito de que encajen perfectamente entre
sí y cumplan con su objetivo. En el caso de este proyecto será la unión de elementos
electrónicos para crear un modulador PSK/QPSK.
Desarrollo de la Propuesta 52
En la figura #37 se observa las herramientas que ayudarán al desarrollo de este trabajo
serán las siguientes:
• Cautín
• estaño
• Pasta para soldar estaño
• Pinza
Figura 37. Herramientas para ensamblar el modulador. Información tomada directamente del autor.
Elaborado por Pillasagua Oviedo Steven Leonardo.
En la figura #38, se observa los materiales o elementos electrónicos necesarios para la
implementación:
• Placa de circuito impreso
• Integrados electrónico
• Resistencias
• Capacitores
• Diodos
• Potenciómetros
• Puentes eléctricos
• Adaptadores para circuitos integrados
Desarrollo de la Propuesta 53
Figura 38. Materiales para ensamblar el modulador. Información tomada directamente del autor.
Elaborado por Pillasagua Oviedo Steven Leonardo.
Utilizando la herramienta Cautin, estaño y la pasta para estaño, se procede a ensamblar
cada elemento electrónico en su sitio como se observa en la figura #39, cabe recalcar que la
placa en su parte superior tiene serigrafiado en su correspondiente ubicación el diseño de
todos los materiales que se utilizaran, por lo cual habrá menos posibilidad de errores si se
sigue el diagrama del circuito visto anteriormente.
Figura 39. Ensamblado de placa de circuito impreso. Información tomada directamente del autor.
Elaborado Pillasagua Oviedo Steven Leonardo
En la figura #40, se observa la placa de circuito impreso ya está ensamblada y lista para
ser implementada como modulador de señales PSK/QPSK en el laboratorio de
Networking/telecomunicaciones.
Desarrollo de la Propuesta 54
Figura 40. Placa de circuito impreso ensamblada. Información tomada directamente del autor. Elaborado
por el Pillasagua Oviedo Steven Leonardo
4.5 Implementación del modulador PSK/QPSK
Para implementar el modulador, se necesita:
• contar con un espacio adecuado, en específico el laboratorio de
Networking/Telecomunicaciones.
• Modulador PSK/QPSK ensamblado y listo para ser usado.
• Equipo NI ELVIS II, como generador de la señal moduladora y como un
osciloscopio.
• Computadora.
• Puentes o conectores.
El modulador PSK/QPSK y NI ELVIS II, deben ser conectados entre sí por medio de los
puentes, para que realicen la comunicación necesaria para generar, probar y medir señales,
además de una computadora conectada al equipo NI ELVIS II que permita mostrar la señal
saliente modulada.
Desarrollo de la Propuesta 55
Figura 41. Implementación del modulador PSK/QPSK. Información tomada directamente del autor.
Elaborado por el Pillasagua Oviedo Steven Leonardo
4.5.1 Pruebas realizadas al modulador PSK/QPSK
En este punto se realiza el procedimiento de comprobación para obtener información que
ayude a comprobar si los resultados de la modulación PSK/QPSK están dentro de los limite
normales.
El integrado ICL8038 se encarga de generar las señales necesarias para empezar este
proceso, la señal cuadrada que se observa en la figura #42 es la encargada de determinar si
el modulador opera en modo PSK o QPSK, mientras que se observa en la figura #43 la señal
portadora(senoidal) de frecuencia 9,540KHz.
Desarrollo de la Propuesta 56
Figura 42. Señal cuadrada generada por el integrado ICL8038. Información adaptada de NI ELVIS II
Elaborado por Pillasagua Oviedo Steven Leonardo.
Figura 43. Señal senoidal generada por el integrado ICL8038. Información adaptada de NI ELVIS II
Elaborado por Pillasagua Oviedo Steven Leonardo.
A continuación, se muestra los desfases que genera el modulador PSK/QPSK comparado
con la señal portadora, en la figura #44 se muestra el desfase a 0°, en la figura #45 se observa
el desfase a 90°, en la figura #46 se observa el desfase a 180° y en la figura #47 se observa
el desfase 270°.
Desarrollo de la Propuesta 57
Figura 44. Señal portadora desfasada 0°. comparada con la señal portadora original. Información
adaptada de NI ELVIS II. Elaborado por Pillasagua Oviedo Steven Leonardo.
Figura 45. Señal portadora desfasada 90°, comparada con la señal portadora original. Información
adaptada de NI ELVIS II. Elaborado por Pillasagua Oviedo Steven Leonardo.
Desarrollo de la Propuesta 58
Figura 46. Señal portadora desfasada180°, comparada con la señal portadora original. Información
adaptada de NI ELVIS II. Elaborado por Pillasagua Oviedo Steven Leonardo.
Figura 47. Señal portadora desfasada 270°, comparada con la señal portadora original. Información
adaptada de NI ELVIS II. Elaborado por Pillasagua Oviedo Steven Leonardo.
Desarrollo de la Propuesta 59
En la figura #48, se observa la señal de información necesaria para el proceso de la
modulación, se ha ingresado esta señal desde el equipo NI ELVIS II.
Figura 48. Señal moduladora generado por el NI ELVIS II. Información adaptada de NI ELVIS II
Elaborado por Pillasagua Oviedo Steven Leonardo.
En la figura #49, se observa 2 entradas cuadradas que determinan el estado de salida del
modulador.
Figura 49. Estados de salida del modulador. Información adaptada de NI ELVIS II Elaborado por
Pillasagua Oviedo Steven Leonardo.
Desarrollo de la Propuesta 60
Se muestra en la figura #50, el resultado del proceso de la modulación PSK/QPSK, se
observa los desfases que se han generado.
Figura 50. Modulación PSK/QPSK. Información adaptada de NI ELVIS II. Elaborado por Pillasagua
Oviedo Steven Leonardo.
4.6 Conclusiones
Una vez realizada la implementación del módulo PSK/QPSK, se llegó a las siguientes
conclusiones:
Los análisis que se hicieron a ciertos trabajos de tesis realizados con anterioridad en la
Carrera de Ingeniería en Teleinformática respaldan la implementación del módulo de
práctica PSK/QPSK, ya que todos denotan la necesidad de equipos tecnológicos en el
laboratorio de Networking/Telecomunicaciones.
Para realizar las prácticas de la materia de simulación de sistemas, se implementó el
módulo capaz de realizar modulaciones PSK/QPSK. El objetivo de la implementación es
que los estudiantes de Ingeniería en Teleinformática de 8vo semestre comprendan mediante
la práctica los conceptos básicos y procesos de la modulación PSK/QPSK.
En el mercado tecnológico hay variedades de softwares que permiten crear diseños de
circuitos para que estos puedan ser impresos en una placa conductora, pero por su facilidad
Desarrollo de la Propuesta 61
para trabajar y poco conocimiento requerido se ha escogido la herramienta Eagle, esta ha
ayudado en este proceso con sus múltiples opciones incluidas en el software las cuales
permiten crear 2 tipos de diagramas (esquemática y de circuito) que son indispensables para
una impresión de circuito.
Al implementarse el módulo, se tuvo fallas debido a la mal alimentación que se le estaba
dando a la placa de circuito impreso dichas fallas después se solucionaron, por ello es
importante leer la guía de práctica para no tener estos inconvenientes.
El circuito modulador PSK/QPSK es muy extenso y complejo para ser simulado en
Proteus u otro software simulador, por este motivo las pruebas de funcionamiento del
modulador se las realizaron después del ensamblado, es importante diseñar correctamente
el modulador en Eagle para que las pistas no se crucen y la selección de los materiales debido
a que, si estas acciones se las realizan bien, las pruebas arrojaran los resultados deseados.
La implementación y uso del módulo, permitió optimizar el tiempo que utilizan los
estudiantes al realizar sus prácticas, puede ser reutilizado para desarrollar otras prácticas
sobre modulación PSK/QPSK.
El módulo implementado, ha sido la solución perfecta a la perdida de recursos generadas
por la falta de equipos especiales que ayuden a los estudiantes en la compresión de la materia
de simulación de sistema, tener en cuenta que se puede implementar múltiples equipos para
distintas materias, pero con un mismo objetivo, aumentar la calidad de enseñanza en la
universidad.
La guía de práctica contiene información necesaria para usar correctamente el módulo
PSK/QPSK, y brindan a los estudiantes una orientación técnica.
4.7 Recomendaciones
una vez realizada la implementación del módulo PSK/QPSK, se llegó a las siguientes
recomendaciones:
Continuar realizando prácticas experimentales, para comprobar los conocimientos
teóricos adquiridos con valores y situaciones reales que se pueden presentar, mejorando así
el aprendizaje del estudiante.
Si se desea implementar más moduladores, se debe contar con una base teórica básica-
media sobre la modulación en cuestión, además de diseño de circuitos, electrónica y
ensamblado de circuitos electrónicos, para evitar consumir demasiado tiempo y construir
equipos eficientes.
Desarrollo de la Propuesta 62
Debido a la variedad de técnicas de transmisión de información existentes, se recomienda
seguir implementando moduladores por cada una de las modulaciones, estas le aportaran al
estudiante conocimientos sobre el tratamiento de la señal, sus ventajas, desventajas y
diferencias, brindándole la capacidad de saber cuándo y por qué se utiliza una o la otra en
las telecomunicaciones.
Realizar capacitaciones a los estudiantes de la Carrera de Ingeniería en Teleinformática
sobre las placas de circuito impreso, uso, diseño, impresiones, etc para obtener suficientes
conocimientos sobre este tema, debido a que es un área tecnológica muy aprovechable por
la falta de personas capacitadas que realicen este trabajo.
Se recomienda aprovechar al máximo el uso del equipo modulador implementado en el
laboratorio de Networking/Telecomunicaciones, para una mejor compresión de la materia y
aumento del nivel de calidad de estudio.
La Carrera de Ingeniería en Teleinformática cuenta con múltiples áreas de desempeño,
debido a esto se recomienda implementar equipos tecnológicos, que no solo beneficien el
área de las telecomunicaciones sino también en programación, redes de computadoras,
electrónica, etc.
La guía de práctica debe ser usada por los estudiantes al manipular el modulador PSK/QPSK
con la finalidad de que conozcan el funcionamiento de este.
ANEXOS
Anexo 64
Anexo 1
Datasheet de circuitos integrados
Integrado CD4069
Datasheet de circuito integrado CD4069. Información tomada de Texas instruments. Elaborado por el autor.
Anexo 65
Datasheet de circuito integrado CD4069. Información tomada de Texas Instruments. Elaborado por el autor.
Anexo 66
Integrado ICL8038
Datasheet de circuito integrado ICL8038. Información tomada de Texas Instruments. Elaborado por el autor.
Anexo 67
Integrado TL084
Datasheet de circuito integrado TL084. Información tomada de Texas Instruments. Elaborado por el autor.
Anexo 68
Datasheet de circuito integrado TL084. Información tomada de Texas Instruments. Elaborado por el autor.
Anexo 69
Integrado CD4094
Datasheet de circuito integrado CD4094. Información tomada de Texas Instruments. Elaborado por el autor.
Anexo 70
Datasheet de circuito integrado CD4094. Información tomada de Texas Instruments. Elaborado por el autor.
Anexo 71
Integrado CD4520
Datasheet de circuito integrado CD4520. Información tomada de Texas Instruments. Elaborado por el autor.
Anexo 72
Datasheet de circuito integrado CD4520. Información tomada de Texas Instruments. Elaborado por el autor.
Anexo 73
Integrado CD4052
Datasheet de circuito integrado CD4052. Información tomada de Texas Instruments. Elaborado por el autor.
Anexo 74
Datasheet de circuito integrado CD4052. Información tomada de Texas Instruments. Elaborado por el autor.
Anexo 75
Integrado MC14070
Datasheet de circuito integrado MC14070. Información tomada de Texas Instruments. Elaborado por el autor.
Anexo 76
Datasheet de circuito integrado MC14070. Información tomada de Texas Instruments. Elaborado por el autor.
Anexo 77
Integrado Lf356
Datasheet de circuito integrado LF356. Información tomada de Texas Instruments. Elaborado por el autor.
Anexo 78
Capas externas de la placa de circuito impreso Información tomada de Jlcpcb. Elaborado por el autor.
Anexo 79
Anexo 2
Elementos electrónicos
Elementos Valores Cantidad
Resistencia 10k 5
Resistencia 36k 2
Resistencia 82k 1
Resistencia 65k 1
Resistencia 1k 7
Resistencia 22k 2
Resistencia 4.7k 3
Resistencia 15k 1
Resistencia 27k 3
Resistencia 3.3k 1
capacitor 220pf 1
Capacitor 0.01uf 2
Capacitor 470pf 1
Capacitor 0.1uf 1
Capacitor 102pf 1
Capacitor 0.001uf 2
Capacitor 1u/25v 1
Potenciómetro 100k 4
Potenciómetro 10k 1
Integrado ICL8038 1
Integrado TL084 1
Integrado CD4069 1
Integrado CD4520 1
Integrado CD4094 1
Integrado CD14070 1
Integrado CD4052 1
Filtro Pasa Bajo LF356 1
Diodo 1N4148 2
Información adaptada. Investigación del trabajo. Elaborado por Pillasagua Oviedo Steven Leonardo.
Anexo 80
Anexo 3
Pasos para la impresión de una placa de circuito impreso
Selección de la plancha de cobre. Información tomada de Jlcpcb. Elaborado por el autor.
Robots perforadores. Información tomada de Jlcpcb. Elaborado por el autor.
Anexo 81
Perforaciones realizadas sobre la placa de circuito impreso. Información tomada de Jlcpcb. Elaborado por
el autor.
Recubrimiento de cobre sobre la placa de circuito impreso Información tomada de Jlcpcb. Elaborado por el
autor.
Anexo 82
Capas externas de la placa de circuito impreso Información tomada de Jlcpcb. Elaborado por el autor.
Eliminación del cobre sobrante Información tomada de Jlcpcb. Elaborado por el autor.
Anexo 83
Inspección óptica de las perforaciones realizadas. Información tomada de Jlcpcb. Elaborado por el autor.
Recubrimiento de máscara de soldadura. Información tomada de Jlcpcb. Elaborado por el autor.
Anexo 84
Planchado de la máscara de soldadura. Información tomada de Jlcpcb. Elaborado por el autor.
Serigrafiado sobre la placa de circuito impreso. Información tomada de Jlcpcb. Elaborado por el autor.
Anexo 85
Placa serigrafiada y recubierta de máscara de soldadura. Información tomada de Jlcpcb. Elaborado por el
autor.
Nivelación de soldadura con aire caliente. Información tomada de Jlcpcb. Elaborado por el autor.
Anexo 86
Prueba eléctrica sobre la placa de circuito impreso. Información tomada de Jlcpcb. Elaborado por el autor.
Inspección final. Información tomada de Jlcpcb. Elaborado por el autor.
Anexo 87
Anexo 3
Guía de práctica
PRÁCTICA DE LABORATORIO
Fundamento Teórico
Modulador PSK/QPSK
El proceso de modulación phase-shift keying o modulación de desplazamiento de fase
(PSK) puede considerarse como un caso especial de la modulación de fase (PM). La
modulación PSK se muestra en la Figura 19-1.
DATOS GENERALES:
CARRERA: INGENIERÍA EN TELEINFORMÁTICA
ASIGNATURA:
No. de práctica
Calificación
TÍTULO DE LA PRÁCTICA: SISTEMA PSK & QPSK
NOMBRES:
CURSO:
PARALELO:
OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA
• Estudiar el principio de la modulación PSK/QPSK.
• Implementar el modulador PSK/QPSK.
Anexo 88
Figura 19-1 modulación PSK
En la Figura 19-1, la señal de portadora es una onda sinusoidal con amplitud y frecuencia
fija, la señal moduladora es la información binaria. Si la información de entrada es un bajo
(0), la señal portadora mantiene su fase. Si la información de entrada es un alto (1), la
portadora invierte su fase por 180 grados. Señales senoidales en donde existe un corrimiento
relativo de fase de 180 grados entre ellas se les conocen como señales antipolares. Este tipo
de desplazamiento de fase se conoce como PSK (BPSK) o inversión de fase (PRK).
Así como el BPSK, este esquema de modulación se caracteriza por el hecho de que la
información está contenida en la fase de la onda transmitida. En particular, en PSK
cuaternaria (QPSK), la fase de la portadora toma solamente uno de los cuatro valores
espaciadas equitativamente, tales como, 0º, 90º, 180º, y 270º. Cada valor posible de la fase
corresponde a un par único de bits llamado un dibit. Por ejemplo, se puede escoger el juego
de valores de fase para representar los códigos de Gray de di bits: 00, 01, 11, y 10. Las formas
de onda típica de la modulación QPSK están mostradas en la Figura 19-2.
Figura 19-2 modulación QPSK
Nótese que el juego de fase de PSK y QPSK mencionado anteriormente es una posible
opción. Los otros posibles corrimientos de fase de las señales PSK y QPSK se muestran en
la Figura 19-3.
Anexo 89
Figura 19-3 Posibles corrimientos de fase PSK y QPSK
La Figura 19-4 muestra un sistema de comunicación PSK/QPSK. El modulador modula
la señal portadora con la información de entrada y produce una señal modulada PSK o
QPSK. La señal modulada es transmitida a través de un medio de transmisión, tal como aire,
y fibra óptica, a la entrada del demodulador. El demodulador recibe la señal PSK o QPSK
transmitida y luego reconstruye el dato de información original.
Figura 19-4 Diagrama de bloques del sistema PSK/QPSK
La Figura 19-5 muestra los bloques funcionales de un modulador PSK/QPSK. El
generador de señal portadora provee una portadora (onda sinusoidal) a la red de conmutación
de fase y una onda cuadrada a un circuito de temporización. La red de conmutación de fase
provee cuatro salidas (0º, 90º, 180º, 270º) a las entradas del selector de datos. La salida X
del selector de datos está determinada por las entradas de selección A y B. Existen cuatro
casos:
1. Si BA=00 (Q1 =Q0=low), X=X0, la señal con corrimiento de fase es 0º.
2. Si BA=11 (Q1=Q0=high), X=X3, la señal con corrimiento de fase es 180º.
3. Si BA=01 (Q1=1ow, Q0=high), X=X1, la señal con corrimiento de fase es 90º.
4. Si BA=10 (Q1 =high, Q0=low), X=X2, la señal con corrimiento de fase es 270º.
Anexo 90
Figura 19-5 Diagrama de bloques del modulador PSK/QPSK
El circuito de temporización recibe la onda cuadrada (fc) de la salida del generador de
señal de portadora y produce dos salidas: fe a la entrada de control de carga y la señal 2fc
(doble de la frecuencia portadora) a la entrada de reloj del registro de control, así como el
generador de ciclo de sincronización.
Estas dos señales de fc y 2fc y la velocidad de transmisión (medido en bits por segundo,
bps) de la información digital de entrada son usadas para determinar si el modulador opera
en modo PSK binario o QPSK binario. Existen tres casos posibles:
a. Velocidad de transmisión = fc y no se genera ciclo de sincronización
En este caso, la velocidad de transmisión es igual a la frecuencia portadora fc y la
frecuencia del reloj es el doble de la frecuencia portadora 2fc. Un bit del juego dato digital es
cargado en el registro de control dos veces. Las salidas 00-01 del registro de control son por
consiguiente iguales, 00 o 11. La salida X del selector de datos es la señal XO o X3. Este
sistema opera en modo PSK.
b. Velocidad de transmisión = 2fc y no se genera ciclo de sincronización
En este caso, la velocidad de transmisión y la frecuencia del reloj son iguales al doble de
la frecuencia portadora, 2fc. Dos bits del juego de datos son cargados en el registro de control
cada ciclo de portadora. Las salidas del registro de control 00-01 pueden estar en 00, 01, 11,
o1 O. Este sistema por consiguiente opera en modo OPSK.
c. Velocidad de transmisión= fc o 2fc, y se genera ciclo de sincronización
Si se requiere un ciclo de sincronización, e1 circuito de control de ciclo de sincronización
producirá una señal de control para controlar el dato de salida del registro de corrimiento de
control, y luego se presenta una señal de ciclo de sincronización a la salida del modulador.
Anexo 91
En este experimento se usa el formato del ciclo de sincronización mostrado en la Figura 19-
5. Esta señal de ciclo de sincronización es diferente de las señales moduladas PSK/OPSK
mostradas en las Figuras 19-1 y 19-2.
La señal de ciclo de sincronización puede identificarse por el detector de ciclo de
sincronización en el demodulador PSK/OPSK y puede observarse como una palabra de
identificación.
Figura 19-6 Ciclo de sincronización
Descripción del circuito práctico
Modulador PSK/QPSK
La Figura 19-7 muestra el diagrama esquemático del modulador PSK/QPSK. El
generador de forma de onda de precisión chip ICL8038 sirve como el generador de portadora
que produce ondas sinusoidales por cuadradas. La frecuencia del generador de portadora está
determinada por las resistencias de temporización externas R2-R3 y el condensador C2 y es
aproximadamente 7.1 KHz. Los pines 7 y 8 están interconectados para que el generador opere
en modo VCO. La señal sinusoidal generada está conectada a las entradas de la red de
conmutación de fase que consta de dos amplificadores no inversores (U2a y U2d) y dos
amplificadores inversores (U2b y U2c). Esta red de corrimiento de fase provee cuatro
corrimientos de fase 0°, 90º, 270º, y180º a las entradas de datos XO, X1, X2, y X3 del selector
de datos (U3), respectivamente. La salida del selector de datos está determinada por el estado
de las entradas de selección A y B. Una vez que se selecciona la salida, la señal modulada
PSK/QPSK es amplificada por el amplificador no inversor U8. El potenciómetro VR5 se usa
para controlar la amplitud de salida de la señal modulada PSK/QPSK.
La onda cuadrada presente en el pin 9 de U1 está conectada a la entrada del circuito de
temporización para generar una señal con una frecuencia 2fc doble de la frecuencia portadora
por la red de duplicación de frecuencia constituido por U4b, U4c, y U5a y componentes
Anexo 92
asociados R21, R22, C6, C7. La señal 2fc está conectada a las entradas del reloj del registro
de corrimiento U7 y el contador binario de 4-bit U6a. La señal de salida del contador en 00
está conectada a los inversores U4f y U4d y al pin 1 de U7 (entrada de carga). La frecuencia
de esta señal es fe. La señal moduladora (información digital) está conectada a la entrada
DATA (pin 2) del registro de corrimiento de control U7. Las salidas 00-01 del registro de
corrimiento y la señal en TP6 pasan a través de una compuerta XOR, y luego conectado a
las entradas de selección A y B del selector de datos.
Los contadores binarios U6a y U6b se usan para determinar la generación de un ciclo de
sincronización. La frecuencia de reloj del contador binario U6a es 2fc. La salida 01 de U6a
está conectada a la entrada de reloj de U6b, tal que la frecuencia de reloj es fc/2 y la
frecuencia de 03 en U6b es fc/32. El ciclo de sincronización se genera solamente por la mitad
de la duración de 1<; 1 señal de salida de 03 o sea fc/16.
Anexo 93
Figura 19-7 Diagrama de circuito modulador PSK/QPSK
Anexo 94
Listado de materiales o herramientas
• Módulo PSK/QPSK
• Osciloscopio o NI ELVIS II
• 2 puntas de prueba de osciloscopio
• Cable de Energía entre Módulos
• Jumpers
Instrucciones para realizar la práctica
Medición y Ajuste del KL-94006
D1. Aplique las tensiones de suministro de alimentación +12V, -12V, y +5V requeridas
al Modulador PSK/QPSK en el Módulo KL-94006 mostrado en la Figura 19-7.
D2. Usando el osciloscopio, mida y registre las formas de onda y frecuencias en los
puntos de prueba TP1, TP2, y TP3 en la Tabla 19-2.
D3. Conecte CH1 IN del osciloscopio a TP3 y CH2 IN a TP4. Mida y registre las formas
de onda y frecuencias en la tabla de resultado. Fije la amplitud de la señal en TP4
a 1Vpp ajustando VR1 y observe la diferencia de fase entre estas dos formas de
onda.
D4. Conecte el CH1 IN del osciloscopio a TP3 y CH2 IN a TP6.Mida y registre las
formas de onda y frecuencias en la Tabla de resultados. Fije la amplitud de la señal
en TP6 a 2Vpp ajustando VR2y observe la diferencia de fase entre estas dos formas
de onda.
D5. Conecte el CH1 IN del osciloscopio a TP3 y CH2 IN a TP5.Mida y registre las
formas de onda y frecuencias en la Tabla. Fije la amplitud de la señal en TP5 a
3Vpp ajustando VR3y observe la diferencia de fase entre estas dos formas de onda.
D6. Conecte el CH1 IN del osciloscopio a TP3 y CH2 IN a TP7.Mida y registre las
formas de onda y frecuencias en la Tabla. Fije la amplitud de la señal en TP7 a
3Vpp ajustando VR4y observe la diferencia de fase entre estas dos formas de onda.
D7. Conecte una onda cuadrada de 500Hz, nivel TTL a la terminal Digital DATAIN.
D8. Conecte el CH1 IN del osciloscopio a PSK/QPSK OUT. Mida la forma de onda y
fije la amplitud de salida a 10 Vpp ajustando VR5 y registre el resultado en la Tabla.
D9. Apague la fuente de alimentación.
Anexo 95
RESULTADOS OBTENIDOS
Medición y ajuste Módulo KL-94006
Punto de
Prueba Frecuencia Forma de Onda
TP3
TP1
TP2
Anexo 96
Punto de
Prueba
Forma de Onda y frecuencia
TP3
TP4
TP5
TP3 Y TP4
TP3 Y TP5
Anexo 97
PSK/
QPSK
OUT
TP3 Y TP6
TP3 Y TP7
TP6
TP7
Anexo 98
Conclusiones:
• En la modulación PSK/QPSK, el modulador modula la señal portadora con la
información de entrada y produce una señal modulada PSK o QPSK
• Utilizar los materiales exactos al armar el circuito, si no refleja resultados distintos a
lo esperado.
Recomendaciones:
• Se recomienda revisar la teoría, ya que brinda las bases teóricas necesarias para poder
puntualizar algunas de las posibles formas de implementar un modulador y
demodulador PSK.
• Se recomienda de forma opcional, previo al desarrollo de la práctica realizar un estudio para
saber con qué nos vamos a encontrar, haciendo uso de la herramienta Simulink del paquete
de simulación MatLab.
Anexos
¿Por qué la señal modulada PSK/QPSK posee cuatro corrimientos distintos de fase?
Debido a que la señal portadora toma 4 valores posibles, se producen 4 desplazamientos de
fase que proveerán 4 fases distintas, correspondiendo cada uno de ellos a un dibit diferente.
Bibliografía
Alarcón, J. (2017, octubre). PDF. Comparación del sistema de modulación AM generada
mediante un circuito electrónico y el ELVIS PLUS. Obtenido del repositorio de la
Universidad de Guayaquil.
http://repositorio.ug.edu.ec/bitstream/redug/27445/1/TESIS_TERMINADA_1.0.pd
f. (Pág 30)
Álvarez, C. (2012, octubre). Articulo. La relación teoría-práctica en los procesos de
enseñanza-aprendizaje. Revista Redalyc.org. Obtenido de
https://revistas.um.es/educatio/article/view/160871/140871
Álvaro, S. (2014). PDF. Diseño e implementación de un módulo con acceso Lan para el
desarrollo de una práctica de laboratorio de física general. Obtenido del repositorio
de la Universidad de Israel.
https://repository.usta.edu.co/bitstream/handle/11634/741/PROYECTO%20PARA.
pdf. (Pág. 27)
Arrivillaga, B. (2015, febrero). PDF. Diseño e implementación de una máquina fresadora
CNC para la fabricación de placa de circuitos impresos. Obtenido del repositorio de
la Universidad Politecnica del chimborazo.
http://dspace.espoch.edu.ec/handle/123456789/4965.pdf.(Pág 43)
Asamblea Nacional Constituyente. (2008). PDF. Constitución de la República del Ecuador.
Obtenido de https://educacion.gob.ec/wp-
content/uploads/downloads/2012/08/Constitucion.pdf. (Pág 4)
Asamblea Nacional Constituyente. (2018). Ley Orgánica Reformatoria a la Ley Orgánica
de Educación Superior. Obtenido de https://educacion.gob.ec/wp-
content/uploads/downloads/2015/09/Ley-Organica-Reformatoria-a-la-Ley-
Organica-de-Educacion-Intercultural-LOEI.pdf. (Pág 2)
Autodesk. (2019). Sitio Web. Autodesk. Obtenido de
https://www.autodesk.com/products/eagle/overview
Briceño, J. (2005, abril). Libro. Transmisión de datos 3era edición. Obtenido de
http://bdigital.ula.ve/storage/pdf/32381.pdf (Pág. 102-105)
Bibliografía 100
Cardona, F. (2013, junio). Articulo. Las prácticas de laboratorio como estrategía didáctica.
Revista Scielo. org. Obtenido de
http://www.scielo.org.co/pdf/entra/v12n1/v12n1a18.pdf. (Pág. 13)
Delgado, N. (2018, abril). PDF. GENERADOR DE FRECUENCIAS BASADO EN
CIRCUITOS ELECTRÓNICOS. Obtenido del repositorio de la Universidad
Estatal del Sur de Manabí. http://repositorio.unesum.edu.ec/handle/53000/1492.pdf
(Pág. 32)
Duche, J. (2018, marzo). PDF. Implementación en software de los sistemas de modulación
analógicas. Obtenido de repositorio de la Universidad de Guayaquil.
http://repositorio.ug.edu.ec/handle/redug/40602. (Pág 3-10)
Durango, P. (2015, febrero).PDF. Las prácticas de laboratorio como un aestrategia
didáctica alternativa para desarrollar la competencias básicas en el proceo
enseñanza-aprendizaje de la uímica. Obtenido de repositorio de la Universidad
Nacional de Colombia.
http://www.bdigital.unal.edu.co/49497/1/43905291.2015.pdf
EcuRed. (2012). Sitio Web. Sistema de telecomunicaciones. Obtenido de
https://www.ecured.cu/Sistema_de_telecomunicaciones#Servicios_de_telecomunic
aciones
Garcés, E., Garcés, E., & Alcívar, O. (2016, febrero). Articulo. Las tecnologías de la
información en el cambio de la educación superior en el siglo XXI. Revista
Universidad y Sociedad. Obtenido de
http://scielo.sld.cu/pdf/rus/v8n4/rus23416.pdf
Gunipa-Pérez, M. (2012, marzo). Articulo. Elementos del proceso de comunicación ue
orientan el discurso de los profesores universitarios. Revista Vivat Academia.
Obtenido de http://www.vivatacademia.net/index.php/vivat/article/view/38/39. pdf.
(Pág. 9)
Inca, H., & Rengifo, P. (2015, septiembre ). PDF. Diseño e implementación de un sistema
HMI para un prototipo de máquina fresadora utilizando control numérico
computacional para elaborar placas de circuitos electrónicos. Obtenido de
repositorio de la Universidad Politecnica Salesiana del Ecuador.
http://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/914.pdf. (Pág. 14-23)
Anexo 101
LabCenter. (2019). Sitio Web. Proteus. Obtenido de Diseño de PCB:
https://www.labcenter.com/education/
Loja, M. (2014, febrero ). PDF. Moduladores digitales de banda ancha.Obtenido de la
Universidad Católica de Cuenca.
http://dspace.ucacue.edu.ec/bitstream/reducacue/5989/1/MODULADORES%20DI
GITALES%20DE%20BANDA%20ANCHA.pdf. (Pág. 76)
López, A., & Tamayo, Ó. (2012, junio). Articulo. Las prácticas de laboratorio en la
enseñanza de las ciencias naturales. Revista Latinoamericana de Estudios
Educativos. Obtenido de https://www.redalyc.org/pdf/1341/134129256008.pdf
López, S. (2011, marzo ). Articulo. El aprendizaje a través de la participación del
estudiante en actividades prácticas. Revista Mexicana de Investigación Educativa.
Obtenido de http://www.redalyc.org/pdf/140/14048873009.pdf
Mar, O., Gulín, J., Santana, I., & Rozhnova, L. (2016, diciembre). Articulo. Sistema de
Laboratorios a Distancia para la práctica de Control. Revista Cubana de Ciencias
Informáticas. Obtenido de http://scielo.sld.cu/pdf/rcci/v10n4/rcci12416.pdf
Mosquera, D., & Sacoto, E. (2012, junio). PDF. Diseño de un laboratorio para el desarrollo
de prácticas en las asignaturas de formación profesional para la Carrera de
Ingenieria Industrial de la Universidad Politécnica Salesiana Sede Cuenca.
Obtenido de https://dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/5204/1/UPS-
CT002745.pdf. (Pág. 22-25)
National Instruments. (2019). Sitio Web. National Instruments. Obtenido de
http://www.ni.com: http://www.ni.com/es-cr/innovations.html
Pelchor, V. (2018, septiembre). Análisis cuantitativo del ruido en sistemas de modulación
analógicos AM y FM. Guayaquil. Obtenido de repositorio de Universidad de
Guayaquil. http://repositorio.ug.edu.ec/handle/redug/36300.pdf. (Pág. 35)
Pillou, J.-F. (2017). Sitio Web. Transmisión de datos - Transmisión analógica. Obtenido de
https://es.ccm.net/contents/684-transmision-de-datos-transmision-analogica
Pressman, R. S. (2010). Libro. Ingenieria del Software. Obtenido de
www.freelibros.me.pdf. (Pág. 67-71)
Anexo 102
Salas, R., Pérez, J., & Ramírez, J. (2018, agosto).Articulo. Técnicas de diseño, desarrollo
y montaje de circuitos impresos. Revista Facultad de Ingenieria. obtenido de
http://www.saber.ula.ve/bitstream/handle/123456789/26205/tecnicas_diseno.pdf?s
equence=1&isAllowed=y.pdf
Tomasi, W. (2003). Libro. Sistemas de comunicaciones electrónicas. obtenido de
http://eduvirtual.cuc.edu.co/moodle/pluginfile.php/246071/mod_resource/content/2
/Libro%20base.pdf. (Pág. 45-51)
Torres, H., Mendizábal, H., Villaroel, C., & Zamorano, M. (2013, mayo). Articulo. Los
campos electromagneticos en la telefonia celular. Revista Facultad de Ingenieria.
Obtenido de http://www.redalyc.org/pdf/114/11400901.pdf.
Vélez, J. (2018, septiembre). PDF. Análisis cuantitativo del ruido en sistemas de
modulación digital ASK, FSK Y BPSK. Obtenido de repositorio de la Universidad
de Guayaquil. http://repositorio.ug.edu.ec/handle/redug/36310.pdf.(Pág. 25-29)
Villa, G., & Rojas, K. (2009). Multiplexión por división de fases ortogonales rotadas
MDFOR. Télématique. Revista Electrónica de Estudios Telemáticos. Obtenido de
https://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=3196471
Viloria, C., Cardona, J., & Lozano, C. (2009). Articulo. Análisis comparativo de
tecnologías inalámbricas para una solución de servicios de telemedicina. Red de
Revistas Científicas de América Latina y el Caribe, España y Portugal. Obtenido de
http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=85212371012.pdf