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PLACA DE EVALUACIÓN PARAPROCESADORES PIC

MK3430

La electrónica es una materia que estáevolucionando continuamente, y los recur-sos tecnológicos que se presentan en for-ma de chip producen serias dudas entrelos técnicos de este campo de estudio.Según los catálogos y las hojas de instruc-ciones se puede hacer de todo con ellos,pero más específicamente, en la prácticadel laboratorio, se pueden observar peque-ños particulares que la publicidad nuncailustra con el mismo énfasis que los as-pectos positivos. Esto es totalmente lícitoy normal, ya que una cosa es decir que unchip ZK tiende a recalentarse demasiadofácilmente y otra cosa es escribir que paraun uso correcto es necesario un disipadortérmico. Al final el resultado es el mismo,pero a nivel psicológico no. Por ejemplo,las memorias no volátiles de hace algu-nos años requerían tres tensiones de ali-mentación, y las hojas de las característi-cas técnicas específicas presentaban pre-cisamente lo siguiente: “alimentación es-tándar: +5V, -5V, +12V”. El primero quelogró presentar un chip que funcionabasimplemente con una tensión de 5V, noescribió: “Alimentación estándar: +5V”,sino que lo destacó claramente: “nuevaversión perfeccionada, tecnología supera-vanzada, requiere sólo +5V, dos pies li-bres para otras aplicaciones”. El lado os-curo de todo esto, por ejemplo una menorvelocidad de lectura imputable a peque-ñas imperfecciones en los generadores detensión internos (son datos inventados,simplemente para aclarar más aún eltema), seguramente no habría salido enprimera plana, sino sólo en medio de mi-les de cifras puestas en columnas en la ta-bla de las características funcionales. Enresumen, todo lo que acabamos de comen-tar nos llevaría a reflexionar acerca de losiguiente: ningún circuito electrónico pue-de evaluarse simplemente leyendo sus ca-racterísticas específicas, y para pasar de

Los modernos controladores programablescon chip único a menudo presentan comosoporte un excelente software de simulación,fácil de usar y verdaderamente útil para lasaplicaciones de complejidad reducida omedia. Una vez obtenida la fuente ycorregidos los errores lógicos y decodificación, sólo queda preparar unprototipo cableado, y al hacerlo, si noempezamos con buen pie, podrán surgirdificultades que nos harán perder el tiempo,la paciencia y el dinero.

la idea inicial al objeto concreto es indis-pensable tocarlo, experimentar con él, rea-lizar prototipos y manipularlo en todas susfacetas. Eso sí, cuando se trata de un relé,transistor, es decir, lógicas discretas confunciones elementales, basta con un buensoldador y bastante paciencia; pero cuan-do tratamos con un microcontrolador, es-pecialmente si es del tipo de 28 ó 40 pies,es necesario que presente una alimenta-ción estabilizada, un generador de clock,un reset, y al menos una fila de contactosdonde situar cómodamente entradas y sa-lidas sin peligro de introducir cortocircui-tos en el transcurso de las pruebas y de lasmediciones. Las bases normales de milagujeros son prácticas, pero si tienen sólopuntos de soldadura galvanizados no re-ducen la cantidad de trabajo, y si presen-tan pistas de conexión ya trazadas no sepueden utilizar en todos los proyectos, esdecir, no son universales. Por este motivose introduce una solución profesional, ladenominada placa de evaluación, una tar-jeta concebida ex profeso para demostrarel uso de un chip específico, agilizar larealización de prototipos, y permitir laevaluación técnica de un producto confor-me a criterios objetivos y condiciones deempleo reales.

EVALÚO, LUEGO EXISTOLa principal tarea de una placa de eva-

luación es reducir drásticamente el inter-valo de tiempo entre la concepción de uncircuito y la comprobación de sus presta-ciones. Los proyectos basados en micro-controladores no deben responder a la pre-gunta de si funciona o no funciona, sinomás bien a una pregunta más retorcida deltipo funciona tal como se espera o funcio-

na a su modo. Para saber si funciona amenudo es suficiente una simulación enordenador, pero para saber si “funcionacomo se espera” es indispensable una tar-jeta real, con objetos concretos y solda-duras tangibles. Si tenemos bastante tiem-po a nuestra disposición, podemos cogeruna base genérica con puntos de soldadu-ra y realizar poco a poco el prototipo, perosi andamos con prisa, el hecho de tirarsebastante tiempo componiendo un objetoque después tiraremos a la basura no esciertamente muy apetecible. La placa deevaluación resuelve la cuestión de unaforma simple y brillante, ya que con ungasto contenido reduce a pocos minutosel tiempo necesario para poder utilizar loscircuitos. Las conexiones de la base estánya listas, y las señales de entrada y de sa-lida del microprocesador no están espar-cidas por aquí y por allá al buen tuntún,sino que se encuentran dispuestas en gru-pos y sobre todo acompañadas por siglasen serigrafía. De este modo el proyectistapuede concentrarse exclusivamente en losobjetos que le competen, sin tener queromperse la cabeza en cada montaje espe-cífico.

UNA TARJETA, MUCHASSOLUCIONES

La propuesta GPE con las siglasMK3430 es una práctica placa de evalua-ción concebida para el uso de algunosmicrocontroladores de la gran familia delos PIC, producida por la empresa Micro-chip Technology de Chandler, Arizona. Enun rectángulo de apenas 93 x 170 mm. seencuentra todo lo necesario para aplicaren circuito los elementos de la serie PIC16,disponibles en el contenedor PDIP a 18pin, SDIP a 28 pin, y PDIP a 40 pin. El

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Figura 1. Esquema eléctrico principal del MK 3430.

esquema eléctrico de la figura 1 muestraen el centro los rectángulos J1, J2 y J3: elprimero representa el zócalo capaz de aco-ger los micro de 18 pies; el segundo loschips de 28 pies, limitándose a las versio-nes con distancia reducida entre las filas(SDIP); el tercero los grandes controlado-res de 40 pies. Junto a cada tramo de co-nexión de salida de los rectángulos se pre-sentan unas siglas, con una referencia di-recta a las señales que aparecen en las es-pecificaciones técnicas de los procesado-res. Por ejemplo, en el contacto 1 de J1 se

encuentran las siglas RA2 ya que los chipsde la serie PIC16 ofrecidos en el contene-dor a 18 pins presentan en dicha vía laseñal RA2, es decir, el bit 2 del puerto deentrada y salida que se llama RA. Losmodelos a 28 y 40 pins, por el contrario,utilizan el contacto 1 para la funciónMCLR, es decir, para el Master CleaR (re-set principal). Bajo las formas que acaba-mos de ver aparecen los tres circuitos de-dicados al clock, debidamente referidos alas parejas de pin destinadas a tan impor-tantísima función. Para J1 sirven, con este

fin, los contactos 15 y 16; para J2 se utili-zan el 9 y el 10; para J3 se aplica el 14 y el15. Las conexiones hacia los cuarzos y laspequeñas capacidades referidas a masa soniguales, al igual que los puentes móvilesy los resistores conectados al positivo dealimentación. Gracias a este acercamien-to, los procesadores pueden trabajar en lascondiciones reales establecidas en el mo-mento del proyecto, tanto en las versio-nes con clock de cuarzo, como en las deoscilador de tipo resistencia/capacidad.

El circuito impreso de la tarjeta paraprototipos reúne indistintamente ambassoluciones, y permite el paso inmediatode una a otra sin desplazar ningún objeto,a parte de los correspondientes puenteci-llos móviles J4, J5 y J6. En la posición B-C, entran en juego las parejas R9 – C1,R10 – C3, R11 – C5; en posición A-C,aparecen los tres grupitos con cuarzo ycapacidad hacia masa. Los zócalos dispo-nibles prevén obviamente las conexionesestándar hacia la alimentación y la señalde reset, pero dejan total libertad de inter-vención en lo que se refiere a las líneas deentrada y salida programables. Junto a lagran área de realización de prototipos rá-pida en el lado derecho de la tarjeta apa-recen cinco filas de contactos torneados,con las siglas J8, 9, 10, 11, 13 y referidos,en orden, a los puertos A, B, C, D, E, delos diversos procesadores compatibles.Más concretamente, el zócalo J1 se ocupade los bits de 0 a 4 para el puerto A, y de 0a 7 para el B; J2 se ocupa de las señalesRA0¸5, RB0¸7, RC0¸7; y J3 utiliza todoel grupo de 33 contactos, es decir, RA0¸5,RB0¸7, RC0¸7, RD0¸7, RE0¸2. La dis-posición lineal comporta una gran mara-ña de pistas a través de la tarjeta, pero ofre-ce a cambio la posibilidad de realizar elcableado sin tener en cuenta los pies, ysobre todo sin tener que consultar conti-nuamente la documentación. Para comple-tar las estupendas características que aca-bamos de comentar, el esquema eléctricomuestra un estabilizador de tensión conentrada en alterna, un estadio a transistorpara monitorizar la alimentación y produ-cir una señal de reset en caso de sobrecar-

Figura 2. Esquema eléctrico de la interfazRS232.

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Figura 3. Disposición de los componentes.

ga, una fila de ocho LEDs con los corres-pondientes resistores de limitación, y unconversor de niveles lógicos para realizaruna interfaz con el puerto de serie de unordenador. Los tres primeros aparecen deforma gráfica en la figura 1 que hemosvisto previamente, mientras la interfaz sepuede observar en la figura 2. Más espe-cíficamente, la tensión continua de +5Vdestinada a los zócalos J1¸3 la proporcio-na un regulador integrado normal U1, pre-vio un filtraje energético llevado a cabopor los condensadores C12, 8, 9, 10. Latoma coaxial J14 acepta una tensión alter-na de 9V, o también continua de 8¸12V, yrealimenta al estabilizador U1 a través delpuente PT1 y el electrolítico C11. La co-rriente requerida depende en gran medidade los circuitos añadidos, puesto que elhardware de soporte que contiene la tarje-ta absorbe menos de 100 mA. Un valornormal aceptable puede ser de 500 mA,que cómodamente se pueden sacar de unpequeño transformador con primario a 220V y secundario a 9 V – 5 VA. Las líneasMCLR provenientes de los zócalos pue-den controlarse de dos modos, dependien-

do de la posición del puente móvil J7. ConJ7 en B-C, se habilita el circuito de auto-reset en presencia de leves reducciones delpotencial Vcc (brown-out); con J7 en A-C, se aprovecha el botón P1 como mandomanual, y el terceto R15, D1, C7 paraponer a cero automáticamente en el mo-mento del encendido. El circuito situadoen torno al transistor permite pilotar di-rectamente la línea MCLR del controla-dor aplicado a J1, J2 ó J3, imponiendo unacondición de reset siempre que el positi-vo general baje por debajo del valor decerca de 4.5 V, o bien 3.8 V, valor estable-cido del zener DZ1, más 0.7 V de umbralpropio del T1. Cuando se establece lamodalidad de auto-reset, no se permiteactuar manualmente en el botón P1, ya queesto provocaría una sobrecarga en la líneadel positivo general. En la modalidad es-tándar, con J7 en A-B, sí se puede poner acero mediante el botón correspondiente.Los LEDs rojos LD1¸8, junto a los resis-tores R1¸8 y al conector J12, dan vida aun cómodo sistema de señalización visualde carácter general, útil para mostrar deforma rápida y autónoma las condiciones

lógicas presentes en varias zonas del cir-cuito en fase experimental. Todos los pinde salida de los procesadores PIC16 soncapaces de erogar con seguridad al menos10 mA, por lo que no es necesario aplicartransistores u otros chips que funcionencomo amplificadores de corriente. Para darlugar a las señales luminosas basta conconectar trocitos de cable entre los con-tactos de J12 y los puntos que se deseenmonitorizar, en la franja de los puertosA¸E o directamente en el área agujereadaconsagrada a la experimentación. Una vezilustrados los objetos del esquema prima-rio, ahora echaremos un vistazo a la figu-ra 2, donde aparece el chip U2 destinadoa funcionar como interfaz del puerto deserie de un PC. La configuración es la desiempre, y prevé un MAX232 para sumi-nistrar un canal de entrada y uno de salidacon niveles estándar RS232 (±10V). Lasconexiones hacia el J15 son directamentecompatibles con el correspondiente ele-mento a 9 pins disponible en los ordena-dores personales actuales, mientras lasreferencias en el interior de la tarjeta seremitirán a los dos contactos torneados delpequeño J16, que presentan las siglas INy OUT. Los condensadores C13¸16 com-pletan el circuito interno de U2 en lo quese refiere a la generación de los potencia-les continuos de +10V y –10V, mientrasC17 actúa como filtro anti-interferenciaspara el positivo general Vcc.

REALIZACIÓN PRÁCTICANuestra placa de evaluación MK3430,

que se puede definir también como protoboard o base experimental completa, sepresenta como una tarjeta en vitronita dedoble cara con agujeros metalizados y se-

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rigrafía de referencia.El ensamblaje general no es difícil,

aunque habrá que realizar numerosas ope-raciones repetitivas, con paciencia y pre-cisión, observando el plano general de lafigura 3. Para mayor practicidad convie-ne insertar en primer lugar los zócalos ylos conectores con el fin de aprovecharcomo referencia la superficie plana delplano de trabajo.

Atención a la orientación de las mues-cas, puesto que, una vez realizado el mon-taje, precisamente lo natural será utilizar-las para el enganche correcto de los chips.Una vez colocadas las partes electrome-cánicas en la posición obligatoria, nospodemos relajar con los resistores y con-densadores, disponiendo en vertical R1¸8,y observando escrupulosamente la pola-ridad de los electrolíticos. El puente PT1,el transistor T1, el integrado regulador U1y los dos pequeños diodos D1 y DZ1, sedeberán colocar observando los detallesgráficos y la lista de materiales, mientraslos conectores J4¸7 para los puentecillosmóviles tienen una colocación segura in-cluso a ojos cerrados, visto que es impo-sible confundirse con el lugar y los lados.Últimas piezas a tratar, los LEDs rojosLD1¸8, uno de los cuarzos Q1¸3, y el ro-busto conector J15.

Los ocho indicadores luminosos re-quieren atención con respecto a la polari-

dad, por lo que es necesario recordar quelas terminales de cátodos, físicamente máscortas que las otras, se colocan en la filade agujeros interna, y en consecuencia losánodos acabarán al lado de los resistoresR1¸8.

El kit presenta un sólo cuarzo de 4MHz, que se deberá destinar cada vez alzócalo J1¸3 utilizado. De este modo, ade-más de tener la posibilidad de completarla tarjeta con cuarzos diferentes para cadatipo de chip, se reafirma también visual-mente un concepto muy importante: an-tes de aplicar la alimentación, se debe in-sertar siempre un único procesador.

Al final del montaje nos quedará unobjeto, incluido en el kit, que no se pre-senta ni en esquemas ni en figuras: unPIC16C84 con memoria borrable y que sepuede rescribir según las necesidades, unexcelente punto de partida para experi-mentar con infinidad de circuitos y com-probar en vivo las ventajas ofrecidas poruna verdadera placa de evaluación comola MK3430.

CONSEJOS E INSTRUCCIONESPARA SU USO

El uso de una tarjeta experimental estátotalmente vinculado a los circuitos con-cretos que el usuario construya, pero haycierta información que puede ayudar parano caer en errores que sólo la experiencia

LISTADO DE COMPONENTESdel MK3430

R1=R2=R3=R4=R5=R6=R7=R8 = 330 WR9=R10=R11 = 4,7 kR12 = 10 kWR13 = 33 kWR14 = 39 kWR15 = 4,7 kWC1=C2=C3=C4=C5=C6 = 22 pF cerámico a discoC7=C8=C9=C10=C17 = 199 nF multiestratoC11 = 220 mF/16 VI electrolíticoC12 = 10 mF/16 VI electrolíticoC13=C14=C15=C16= 4,7 mF/16 VI electrolíticoD1 = 1N4148 Diodo 100 V 100 mADZ1 = 3,9 V ½ W diodo zenerQ1=Q2=Q3= Cuarzo 4 MHz (una sola pieza, véa-se texto)T1 = BC557 Transistor PNPU1 = 7805U2 = MAX232PT1= puente rectificador 1 ADL1=DL2=DL3=DL4=DL5=DL6=DL7=DL8 = LEDrojos 5 mm.P1 = microbotón de c.s.J1 = zócalo PDIP de 18 pinJ2 = zócalo SDIP de 28 pin (estrecho)J3 = zócalo PDIP de 40 pinJ4=J5=J6=J7 = strip macho de 3 polosJ8 = strip hembra de 6 contactosJ9=J10=J11=J12 (macho) = strip hembra de 8contactosJ13 = strip hembra de 3 contactosJ14 = toma jack para alimentación desde c.s.J15 = conector DB9 hembra para c.sJ16 = strip macho, 2 contactosnº 4 clavijas (puentes móviles)nº 1 zócalo 16 pinnº 1 circuito impreso MK3430

Ref.: MK3430P.V.P.: Euros (IVA incluido)

nos permite evitar, y para que quede clarolo que se puede hacer y lo que no. La tar-jeta MK3430 se puede considerar comoun combinado de dos recursos técnicosprincipales: el microcontrolador, que lle-va adjuntos circuitos de soporte estándar;el área de realización de prototipos, com-pletamente dedicada a las aplicacionespersonales. Para que su uso sea cómodo,el primer recurso ha sido organizado paraque se pueda utilizar con diversos mode-los de chip de la serie PIC16, subdividi-dos no en base a las siglas sino conformeal número de pies. Los objetos del conte-nedor PDIP de 18 pins se colocan en elzócalo J1; los que van en el estuche SDIP(estrecho) de 28 pin se reúnen en el J2; ylos grandes presentados en PDIP 40 re-sultan compatibles con J3. La tabla 1 re-sume las características de muchos chipsque se pueden utilizar directamente en latarjeta, suministrando además algunosdatos específicos acerca de la correspon-dencia entre las siglas convencionales ylo que se ha escrito en la serigrafía. Porejemplo, en la línea dedicada al PIC16C54podemos leer que los pies se presentan enla figura 4, y que el pin 3 no es el input/output genérico programable conocido en

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la serigrafía como RA4, sino la entradaespecífica para el clock del timer 0 que enlas hojas de datos toma el nombre deT0CK1. Algunos modelos de 28 pin encontenedor estándar se indican como nocompatibles con la tarjeta, ya que el zóca-lo J2 dispone del número de contactos jus-to pero se presenta con las dos filas a muypoca distancia. No está previsto un engan-che específico para los procesadores de laserie 12, pero ya que se trata de objetosde sólo 8 pins, es más fácil y rápido co-nectar un conector a parte directamente enla zona agujereada de experimentación.Con este fin se han diseñado dos pistasespecíficas referidas a la alimentación:positivo por la parte del conector J8; ne-gativo al amparo del J13. Antes de afron-tar el uso de la placa de evaluación es unabuena norma realizar un control generalde las conexiones, ya que un eventual pro-blema técnico podría causar daños al pro-cesador o, peor aún, suministrar indica-ciones incorrectas sobre la eficiencia delproyecto examinado. Aplicada la alimen-tación en la toma J14, de 9 Vca/500mA, otambién 8¸12 Vcc con la misma corriente(no hay que tener en cuenta ninguna pola-ridad), es adecuado tomar un voltímetro ymedir la tensión en los contactos Vcc delos zócalos J1¸3. El valor nominal es +5V,pero una pequeña diferencia en aumentoo en disminución, incluso de hasta 0.2V,es perfectamente aceptable. Hecho esto,se pueden comprobar los LED rojos co-nectados a J12, activándolos directamen-te mediante un trozo de cable conectado ala tensión positiva. En la práctica, bastacon tocar por un lado la pista o un puntocualquiera en el potencial Vcc, y por elotro los contactos específicos del J12: cadamaniobra dará lugar a la iluminación deun indicador diferente. Las funciones máselaboradas, por ejemplo el reset, el clocky la recepción-transmisión de serie, re-quieren comprobaciones en profundidadque se deberán llevar a cabo escribiendoun programa de prueba e insertándolo enun procesador con memoria flash, porejemplo el PIC16C84 proporcionado enel kit. Dicha operación ya está fuera delos límites de la temática tratada en esteartículo, pero puede ser un excelente ejer-cicio para comprobar las prestaciones dela tarjeta y, al mismo tiempo, nuestro pro-pio nivel de conocimiento de los procesa-dores PIC. Los lectores interesados enobservar información técnica podrán con-sultar el sitio web www.microchip.com,o también, en caso de que la lengua ingle-sa represente un obstáculo o se necesiteun mayor acercamiento didáctico, solici-tar los volúmenes “La programación delos microcontroladores PIC” y “La pro-gramación de los periféricos de los micro-controladores PIC”, preparados ex profe-so por GPE como soporte teórico-prácti-co para actividades de laboratorio y cur-sos de formación profesional.