Interfases y Microcontroladores

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCION DE EDUCACIÓN SUPERIOR
PROGRAMA SINTÉTICO
CARRERA:
ASIGNATURA:
Ingeniería en Control y Automatización.
Interfases y Microcontroladores
SEMESTRE:
Séptimo.
OBJETIVO GENERAL:
El alumno evaluará la solución analítica y/o experimental a problemas de aplicación en los circuitos de
automatización industrial, previo estudio de la arquitectura, bases del diseño de circuitos de interfase y la
programación de microcontroladores.
CONTENIDO SINTÉTICO:
I. Conversión Digital-Analógica-Digital
II. Aplicación de Memorias Digitales
III. Arquitectura Interna del Microcontrolador y Manejo de Registros
IV. Programación Básica y Aplicación a Circuitos de Automatización
V. Aplicación de los Controladores Lógicos Programables en la Automatización
VI. Proyecto Final
METODOLOGÍA:
Búsqueda documental por parte de los alumnos en revistas especializadas, dispositivos electrónicos y
aplicaciones industriales.
Realización de tareas y trabajos extra-clase.
Uso de películas y videos.
Integración de equipos de trabajo para la realización de prácticas y ejercicios.
Visitas industriales.
Exposición por parte de profesor y los alumnos empleando: Prototipos y presentaciones en power point.
Utilización de instrumentos y técnicas de información y comunicación (computadora).
EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN:
La calificación de la teoría se evaluará con tres exámenes departamentales, con un valor del 40%. La
participación en clase, tareas, trabajos y actividades extra clases tendrán un valor del 10%. La
calificación de laboratorio será la suma promedio de todos los reportes técnicos de laboratorio con un
valor del 50%. La calificación final será la suma obtenida de la teoría, laboratorio y participación en clase,
tareas, trabajos y actividades extra clase. La calificación final será acreditada siempre y cuando la
calificación de teoría y laboratorio sean aprobatorias.
BIBLIOGRAFÍA:
Angulo Usategui, José M y Angulo Martínez, Ignacio. Microcontroladores PIC, Diseño Practico de
Aplicaciones. Ed. McGraw Hill, México, 1999. 440pp.
Kleitz, William. Digital Electronics a Practical Approach. Ed. Prentice Hall, USA, 1998, 350pp.
Mandado, Enrique. Sistemas Electrónicos Digitales. Ed. Marcombo. Barcelona, 2000, 655pp.
Maxinez, David G, y Alcalá, Jessica. VHDL El Arte de Programar Sistemas Digitales. Ed. Cecsa, México,
2002, 259pp.
Morris M, Mano. Lógica Digital y Diseño de Computadoras. Ed. Prentice Hall, México, 1997, 490p.
Nelson P. Victor; Nagle H. Troy; Carroll D. Bill e Irwin J. David. Análisis y Diseño de Circuitos Lógicos
Digitales. Ed. Prentice Hall, México, 1999, 550pp
Pellerin, David y Holley, Michael. Practical Desing Using Programmable Logia. Ed. Prentice Hall, USA
1991, 540pp.
Remiro Domínguez, Fernando; Gil Padilla, Antonio J y Cuesta García, Luis M. Lógica Digital y Micro
programable. Ed. Mc Graw Hill, México, 1999, 680pp.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCION DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y
Eléctrica
CARRERA:
Ingeniería
en
Control
y
Automatización.
OPCIÓN:
COORDINACIÓN:
DEPARTAMENTO: Académico de Ingeniería
en Control y Automatización
ASIGNATURA: Interfases y Microcontroladores
SEMESTRE: Séptimo.
CLAVE:
CRÉDITOS: 9.0
VIGENTE: 2006
TIPO DE ASIGNATURA: Teórico-Práctica.
MODALIDAD: Escolarizada
TIEMPOS ASIGNADOS
HRS/SEMANA/TEORÍA:
HRS/SEMANA/PRÁCTICA:
3.0
3.0
HRS/SEMESTRE/TEORÍA:
54
HRS/SEMESTRE/PRÁCTICA: 54
HRS/TOTALES:
108
PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO:
POR: Academia de Control y Automatización
REVISADO POR: Subdirección Académica.
APROBADO POR: Consejo Técnico Consultivo
Escolar de la ESIME Zacatenco
M en C. Jesús Reyes García.
AUTORIZADO POR: Comisión de Planes y
Programas de Estudio del Consejo General
Consultivo del IPN.
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DIRECCION DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ASIGNATURA: Interfases y Microcontroladores
CLAVE:
HOJA:
2
DE 10
FUNDAMENTACIÓN DE LA ASIGNATURA
La electrónica ha experimentado un gran avance en los últimos años con la introducción de sistemas
microcontroladores y el desarrollo de módulos de interfases con las variables del mundo físico (sensores y
actuadores). Este cambio está presente en muchos dispositivos de uso diario en los cuales ahora se ha
incorporado la capacidad de procesamiento programable e interfases. Tenemos microcontroladores en los
automóviles, juguetes, instrumentos médicos, ascensores, agendas, y básicamente cualquier proceso
industrial. Gran parte de la electrónica de antaño ha migrado a procesamiento digital en lugar de un
tratamiento con componentes discretos especializados. Habiendo reconocido esta realidad, el Ingeniero en
Control y Automatización debe conocer y trabajar con sistemas basados en dispositivos programables y
reconfigurables como lo son los Microprocesadores, Microcontroladores y DSP (Digital Signal Processor),
para satisfacer la demanda industrial.
Los cursos que anteceden a esta asignatura son: Circuitos Lógicos, Electrónica I y II, Teoría del control I y II.
Los cursos colaterales son : Teoría del control III.
Los cursos consecuentes : Control del Máquinas, Manipuladores Industriales I y II , y Control Digital.
OBJETIVO DE LA ASIGNATURA
El alumno evaluará la solución analítica y/o experimental a problemas de aplicación en los circuitos de
automatización industrial, previo estudio de la arquitectura, bases del diseño de circuitos de interfase y la
programación de microcontroladores.
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DIRECCION DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ASIGNATURA: Interfases y Microcontroladores
No. UNIDAD: I
HOJA: 3 DE 10
CLAVE:
NOMBRE: Conversión Digital-Analógica-Digital
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno realizará conversiones de señales analógicas a digitales y digitales a analógicas para construir un
circuito de adquisición de datos, por medio de circuitos integrados comerciales.
No.
TEMA
TEMAS
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
T
HORAS
P
EC
3.0
4.0
1.1
Teorema de muestreo. Muestreo y retención
(tiempo discreto)
1.5
1.2
Conversión digital analógico.
1.5
1.3
Conversión analógico digital
1.5
1.4
Adquisición de datos
1.0
1.5
Multiplexación.
0.5
1.6
Utilización de transductores en un sistema de
adquisición de datos
1.5
1B, 3B, 9B
3.0
3.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Búsqueda de conceptos por parte de los alumnos
Realización de tareas y trabajos extra-clase sobre la conversión analógico-digital
Resolución de ejercicios con la guía del profesor
Realización de prácticas de laboratorio
Exposición por parte de los alumnos con la coordinación del profesor.
PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÓN
Primer examen departamental que comprende las unidades I y II, con un valor del 40% de la calificación parcial
Participación en clase, tareas, trabajos y actividades extra clase, con un valor del 10% de la calificación parcial.
Prácticas y reportes de laboratorio, con un valor del 50% de la calificación del parcial.
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ASIGNATURA:
No. UNIDAD: II
Interfases y Microcontroladores
HOJA: 4 DE 10
CLAVE:
NOMBRE: Aplicación de Memorias Digitales
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno diseñará circuitos combinatorios para construir sistemas de adquisición de datos, utilizando
memorias de lectura y escritura.
No.
TEMA
TEMAS
T
HORAS
P
EC
3.0
5.0
2.1.
Utilización de memorias de solo lectura.
1.5
2.2.
Utilización de memorias de acceso aleatorio
(RAM).
1.5
2.3
Selección de circuitos integrados.
3.0
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
3B, 4B, 8B
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Resolución de problemas de aplicación de los temas con la guía del profesor.
Consulta bibliográfica en Internet de las hojas de datos de los circuitos integrados.
Integración de equipos de trabajo para la realización de prácticas.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Primer examen departamental que comprende las unidades I y II, con un valor del 40% de la calificación parcial
Participación en clase, tareas, trabajos y actividades extra clase, con un valor del 10% de la calificación parcial.
Prácticas y reportes de laboratorio, con un valor del 50% de la calificación del parcial.
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DIRECCION DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ASIGNATURA:
No. UNIDAD: III
Interfases y Microcontroladores
HOJA: 5 DE 10
CLAVE:
NOMBRE: Arquitectura Interna del Microcontrolador y Manejo de Registros
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno aplicará los puertos paralelos y seriales, así como el manejo de registros de un microcontrolador
para la edición de programas.
No.
TEMA
TEMAS
T
HORAS
P
EC
3.0
6.0
3.1
Estructura del microcontrolador
1.5
3.2
Manejo de registros
3.0
3.3
Manejo de un programa monitor para la edición
de programas.
3.0
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
5B, 7B, 10C
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Búsqueda de conceptos por parte de los alumnos.
Discusión y resolución de ejercicios en clase con la guía del profesor.
Uso de programas de computación.
Uso de películas y videos.
Prácticas de laboratorio.
PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÓN
Segundo examen departamental que comprende las unidades III y IV, con un valor del 40% de la calificación
parcial
Participación en clase, tareas, trabajos y actividades extra clase, con un valor del 10% de la calificación parcial.
Prácticas y reportes de laboratorio, con un valor del 50% de la calificación del parcial.
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DIRECCION DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ASIGNATURA:
No. UNIDAD: IV
Interfases y Microcontroladores
HOJA:6 DE 10
CLAVE:
NOMBRE: Programación Básica y Aplicación a Circuitos de Automatización
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno programará un microcontrolador, para controlar los puertos paralelos en la automatización de un
proceso.
No.
TEMA
TEMAS
T
HORAS
P
EC
5.0
4.1
Programación básica.
1.5
3.0
4.2
Salidas digitales.
1.5
3.0
4.3
Entradas digitales.
3.0
3.0
4.4
Entradas analógicas.
3.0
3.0
4.5
Aplicación a circuitos eléctricos.
3.0
6.0
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
5B, 7B, 2C, 6C
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Resolución de problemas de aplicación con la guía del profesor.
Uso de programas de simulación por medio de computadoras.
Visitas industriales.
Uso de películas y videos.
Realización de prácticas de laboratorio.
PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÓN
Segundo examen departamental que comprende las unidades III y IV, con un valor del 40% de la calificación
parcial
Participación en clase, tareas, trabajos y actividades extra clase, con un valor del 10% de la calificación parcial.
Prácticas y reportes de laboratorio, con un valor del 50% de la calificación del parcial.
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DIRECCION DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ASIGNATURA:
No. UNIDAD: V
Interfases y Microcontroladores
HOJA: 7 DE 10
CLAVE:
NOMBRE: Aplicación de los Controladores Lógicos Programables en la Automatización
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno diseñará un proceso automático, empleando los circuitos básicos de control, previo al estudio de los
PLC`s.
No.
TEMA
TEMAS
T
HORAS
P
EC
3.0
6.0
5.1
Definición y características principales
1.5
5.2
Selección de los PLC’s.
1.5
5.3
Programación de un sistema de automatización
de un proceso eléctrico
3.0
5.4
Programación de un sistema de automatización
de un proceso electroneumático
3.0
5.5
Programación de un sistema de automatización
de un proceso electrohidraúlico
3.0
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
8B, 9B
6.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Consulta informativa en diversos medios: libros, revistas técnicas de publicación nacional e internacional, sobre
los PLC’s.
Resolución de ejercicios de aplicación con la coordinación del profesor.
Exposición por parte de los alumnos con la guía del profesor.
Empleo de material audiovisual y/o simuladores.
Realización de prácticas en laboratorio
PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÓN
Tercer examen departamental que comprende las unidades V y VI, con un valor del 40% de la calificación
parcial
Participación en clase, tareas, trabajos y actividades extra clase, con un valor del 10% de la calificación parcial.
Prácticas y reportes de laboratorio, con un valor del 50% de la calificación del parcial.
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SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCION DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ASIGNATURA: Interfases y Microcontroladores
No. UNIDAD: VI
HOJA: 8 DE 10
CLAVE:
NOMBRE: Proyecto Final
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno propondrá un sistema de automatización en el que aplique todos los conocimientos adquiridos en el
semestre. Este proyecto podrá ser realizado con un microcontrolador o un controlador lógico programable
(PLC).
No.
TEMA
TEMAS
T
HORAS
P
EC
12.0
6.0
6.1
Planteamiento del proyecto
1.5
6.2
Diseño del sistema de adquisición de datos.
1.5
6.3
Programación del sistema de automatización.
3.0
6.4
Instalación, pruebas y puesta en marcha
3.0
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
4B, 2C,3B,4B
5B,6C,7B,8B,9B,10C
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Consulta de diferentes revistas especializadas por los alumnos.
Realización de tareas y trabajos extra clase sobre su proyecto final.
Uso de equipos de información y comunicación: computadora, video.
Realización de prácticas en laboratorio.
PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÓN
Tercer examen departamental que comprende las unidades V y VI, con un valor del 40% de la calificación
parcial
Participación en clase, tareas, trabajos y actividades extra clase, con un valor del 10% de la calificación parcial.
Prácticas y reportes de laboratorio, con un valor del 50% de la calificación del parcial.
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DIRECCION DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ASIGNATURA:
CLAVE:
Interfases y Microcontroladores
HOJA:
9
DE
10
RELACIÓN DE PRÁCTICAS
PRACT.
NOMBRE DE LA PRÁCTICA
No.
Realización de un convertidor
1
digital-analógico.
UNIDAD
DURACIÓN
I
3.0
2
Manejo de un convertidor
analógico- digital
I
3.0
3
Realización de un sistema de
adquisición de datos empleando
un transductor.
I
3.0
4
Utilización de una memoria digital,
operaciones de lectura y escritura.
II
3.0
5
Manejo del programa monitor,
programación básica operaciones
aritméticas, manejo de subrutinas
III
3.0
6
Manejo de entradas y salidas
digitales con un microcontrolador,.
IV
3.0
7
Manejo
de
protocolos
comunicación
con
microcontrolador.
de
un
IV
3.0
8
Utilización de entradas analógicas
con un microcontrolador.
IV
3.0
9
Automatización de un sistema
eléctrico con un microcontrolador.
IV
3.0
10
Automatización de un sistema
electroneumático
con
un
microcontrolador
IV
6.0
11
Automatización de un sistema
electrohidráulico
con
un
microcontrolador.
V
3.0
12
Automatización de un sistema
eléctrico con un controlador lógico
programable.
V
6.0
13
Automatización de un sistema
electroneumático con un
controlador lógico programable
VI
12.0
LUGAR DE
REALIZACIÓN
Laboratorio de interfases
y microcontroladores
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SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCION DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ASIGNATURA:
Interfases y Microcontroladores
PERIODO
UNIDAD
CLAVE:
HOJA: 10 DE 10
PROCEDIMIENTO DE VALUACIÓN
Primer examen departamental, con el 40%.
1°
I y II
2°
III y IV
Segundo examen departamental, con el 40%.
3°
V y VI
Tercer examen departamental, con el 40%.
Para cada uno de los periodos: Participación en clase, tareas, trabajos y
actividades extractase, con un valor del 10% de la calificación parcial
Prácticas y reportes de laboratorio, con un valor del 50% de la
calificación parcial.
La calificación final será la suma obtenida de la teoría, laboratorio y
participación en clase, tareas, trabajos y actividades extra clase. La
calificación final será acreditada siempre y cuando la calificación de
teoría y laboratorio sean aprobatorias.
CLAVE
1
B
C
Mandado, Enrique. Sistemas Electrónicos Digitales. Ed. Marcombo.
Barcelona, 2000, 655pp.
X
X
2
BIBLIOGRAFÍA
Nelson P. Victor; Nagle H. Troy; Carroll D. Bill e Irwin J. David. Análisis
y Diseño de Circuitos Lógicos Digitales. Ed. Prentice Hall, México, 1999,
550pp.
3
X
Morris M, Mano. Lógica Digital y Diseño de Computadoras. Ed. Prentice
Hall, México, 1997, 490pp.
4
X
Vyemura P,John. Diseño de Sistemas Digitales, Un Enfoque Integrado.
Ed. Thomson, España, 2000, 430pp.
5
X
Pellerin, David y Holley, Michael. Practical Desing Using Programmable
logia. Ed. Prentice Hall, USA 1991, 540pp.
X
6
Kleitz, William. Digital Electronics a Practical Approach. Ed. Prentice
Hall, USA, 1998, 350pp.
7
X
Remiro Domínguez, Fernando; Gil Padilla, Antonio J y Cuesta García,
Luis M. Lógica Digital y Microprogramable. Ed. Mc Graw Hill, Mèxico,
1999, 680pp.
8
X
Maxinez, David G, y Alcalá, Jessica. VHDL El Arte de Programar
Sistemas Digitales. Ed. Cecsa, México, 2002, 259pp.
9
X
Angulo
Usategui,
José
M
y Angulo
Martínez,
Ignacio.
Microcontroladores PIC, Diseño Practico de Aplicaciones. Ed. McGraw
Hill, México, 1999. 440pp.
10
X
HC11 M68HC11. Manual de Referencias. Motorola.
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SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCION DE EDUCACIÓN SUPERIOR
PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA
1. DATOS GENERALES
ESCUELA:
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
CARRERA:
Ingeniería en Control y Automatización.
ÁREA:
BÁSICAS
ACADEMIA:
SEMESTRE
D. INGENIERÍA
C. INGENIERÍA
ASIGNATURA:
Ingeniería Electrónica.
ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO
REQUERIDO:
Séptimo.
C. SOC. y HUM.
Interfases y Microcontroladores
Ingeniero en Control y Automatización, Ingeniero en
Electrónica, Ingeniero en área Electromecánica,
preferentemente con Posgrado.
2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA:
El alumno evaluará la solución analítica y/o experimental a problemas de aplicación en los circuitos de
automatización industrial, previo estudio de la arquitectura, bases del diseño de circuitos de interfase y la
programación de microcontroladores.
3. PERFIL DOCENTE:
CONOCIMIENTOS
Interfases.
Control y
Automatización de
Procesos.
Microcontroladores.
Microprocesadores. Manejo de lenguaje
ensamblador.
Programación de
PLC’s.
EXPERIENCIA
PROFESIONAL
Desarrollo de
proyectos usando
microcontroladores,
Microprocesadores y
PLC’s.
Desarrollo de
interfases.
Proyectos de
electrónica.
ELABORÓ
Ing. Ivone Cecilia Torres Rodríguez
Presidente de Academia
HABILIDADES
Para transmitir los
conocimientos.
Para el dibujo
mecánico.
Para propiciar el
Interés de los alumnos
Mantener la atención
de los alumnos.
REVISÓ
Ing. Guillermo Santillán Guevara
Subdirector Académico
ACTITUDES
Honestidad.
Paciente.
De apoyo al alumno.
Compromiso social.
AUTORIZÓ
M en C. Jesús Reyes García
Director
FECHA: 2006