Optativa III Interfaces y Microcontroladores

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
PROGRAMA SINTÉTICO
CARRERA:
Ingeniería en Sistemas Automotrices.
ASIGNATURA:
Interfases y Microcontroladores
SEMESTRE: Séptimo
OBJETIVO GENERAL:
Construir circuitos de control y automatización con microcontroladores acorde a la arquitectura interna y la
programación del microcontrolador, con la utilización de interfaces, memorias digitales y PLC, para la solución
de problemas de automatización de la industria automotriz.
CONTENIDO SINTETICO:
I.
II.
III.
IV.
V.
VI.
Conversión Digital-Analógica-Digital.
Aplicación de Memorias Digitales.
Arquitectura Interna del Microcontrolador y Manejo de Registros.
Programación Básica y Aplicación a Circuitos de Automatización.
Aplicación de los Controladores Lógicos Programables en la Automatización.
Proyecto Final.
METODOLOGÍA:
A través del método inductivo deductivo, la consulta de: manuales, revistas especializadas sobre los dispositivos
electrónicos y aplicaciones industriales utilizados en la actualidad por la industria automotriz. El docente empleará
prototipos para demostrar la aplicación de las memorias digitales, la arquitectura interna del microcontrolador y el
manejo de registros. El estudiante a partir del método inductivo deductivo construirá circuitos de control y
automatización que le permitan practicar la programación de microcontroladores de uso en sistemas automotrices.
EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN:
Tres Exámenes departamentales.
Trabajos escritos.
Prototipos.
Prácticas de laboratorio.
BIBLIOGRAFÍA:
1.- Angulo Usategui, José M. y Angulo Martínez, Ignacio. Microcontroladores PIC, Diseño Práctico de
Aplicaciones. Páginas 440, Ed. McGraw Hill, México,1999, ISBN: 254662554896.
2.- HC11 M68HC11. Manual de Referencias. Motorola.
3.-Kleitz, William. Digital Electronics a Practical Approach. Páginas 350, Ed. Prentice Hall, USA, 1998. ISBN:
3362154687.
4.-Mandado, Enrique. Sistemas Electrónicos Digitales. Páginas 655, Ed. Marcombo. Barcelona, 2000, ISBN:
87462-356
5.-Maxinez, David G, y Alcalá, Jessica. VHDL El Arte de Programar Sistemas Digitales. Páginas 259, Ed.
Cecsa, México, 2002 ISBN: 98564253564.
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SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ESCUELA:
SUPERIOR
DE
INGENIERÍA
MECÁNICA Y ELÉCTRICA
CARRERA: Ingeniería en Sistemas Automotrices,
Ingeniería en Sistemas Computacionales.
OPCIÓN: Control de Sistemas Automotrices.
COORDINACIÓN:
DEPARTAMENTO:
ASIGNATURA: Interfases y Microcontroladores
SEMESTRE: Séptimo
CLAVE:
CRÈDITOS: 10.5
VIGENTE: Agosto 2010
TIPO DE ASIGNATURA: Teórico - Práctica
MODALIDAD: Presencial.
TIEMPOS ASIGNADOS
HRS/SEMANA/TEORÍA:
HRS/SEMANA/PRÁCTICA:
4.5
1.5
HRS/SEMESTRE/TEORÍA:
HRS/SEMESTRE/PRÁCTICA:
81
27
HRS/TOTALES:
108
PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO
POR: Colegio de Ingeniería en Sistemas Automotrices
REVISADO POR: Comisión de Programas Académicos
de ISISA
APROBADO POR: Consejo Técnico Consultivo Escolar:
Ing. Miguel Álvarez Montalvo, Ing. Jorge Gómez
Villarreal, M. en C. Jesús Reyes García, M en C Miguel
Ángel Rodríguez Zuno, M. en C. Arodí Rafael Carballo
Domínguez, Ing. Apolinar Francisco Cruz Lázaro, Lic.
Josefina González de la Riva y Ing. Eusebio Vega Pérez
.
AUTORIZADO POR: Comisión de Programas
Académicos del Consejo General Consultivo del IPN:
__________________________________________
Ing. Rodrigo de Jesús Serrano Domínguez
Secretario Técnico de la Comisión de Programas
Académicos
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ASIGNATURA:
Interfases y Microcontroladores
CLAVE:
HOJA:
3
DE
12
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). Los microcontroladores están presentes en los aparatos electródomesticos y se han incorporado
en ellos las capacidades de procesamiento programable e interfases.
Existen 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 Sistemas Automotrices debe 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.
El control de sistemas automotrices se realiza principalmente con interfaces y microcontroladores, incluso los
microcontroladores más potentes son dedicados al control de los sistemas automotrices. En el estudio de los
microcontroladores es donde se tiene la mayor innovación del control de los sistemas automotrices, por lo que es
fundamental en la preparación de un Ingeniero en Sistemas Automotrices.
Las asignaturas antecedentes son: Electrónica I, Ecuaciones Diferenciales, Análisis de circuitos de corriente
directa y corriente alterna.
Las asignaturas consecuentes son: con Sistemas de Control de Modelos Automotrices, Instrumentación
Automotriz y Autos Eléctricos.
Las asignaturas colaterales son: Teoría del Control, Electrónica Operacional y de Potencia.
OBJETIVO DE LA ASIGNATURA
Construir circuitos de control y automatización con microcontroladores acorde a la arquitectura interna y la
programación del microcontrolador, con la utilización de interfaces, memorias digitales y PLC, para la solución
de problemas de automatización de la industria automotriz.
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Interfases y Microcontroladores
ASIGNATURA:
N° UNIDAD:
I
CLAVE:
HOJA:
4
DE
12
NOMBRE: Conversión Digital-Analógica-Digital
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
Diseñar la conversión de señales analógicas a digitales y digitales a analógicas, por medio de multiplexación y
transductores, para la construcción de circuitos de adquisición de datos.
No.
TEMA
1.1
TEMA
Teorema de muestreo. Muestreo y retención (tiempo
discreto).
T
1.5
1.2
Conversión digital analógico.
3.0
1.3
Conversión analógico digital.
3.0
1.4
Adquisición de datos.
1.5
1.5
Multiplexación.
1.5
1.6
Utilización de transductores en un sistema de adquisición
de datos.
Subtotal
HORAS
P
EC
4.0
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
1B, 3B, 9B
3.0
3.0
1.5
12.0
6.0
4.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
El profesor explicará los teoremas y conceptos necesarios para convertir una señal de digital analógico y señal
analógico digital.
El profesor esquematizará un prototipo hecho por él, de un convertidor de señal digital analógico.
El alumno utilizará algún software para realizar un mapa conceptual de Conversión Digital-Analógica-Digital.
El Alumno construirá un prototipo de conversión analógica digital
El alumno desarrollará prácticas de laboratorio 1, 2 y 3.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Examen departamental 40%
Mapa conceptual 10%
Prototipo 20%
Prácticas de laboratorio 30%
Esta unidad se evalúa junto con la unidad II.
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ASIGNATURA:
Interfases y Microcontroladores
N° UNIDAD: II
CLAVE:
HOJA:
5
DE
12
NOMBRE: Aplicación de Memorias Digitales.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
Diseñar circuitos combinatorios, por medio de memorias de lectura y escritura para la construcción de
circuitos de adquisición de datos.
No.
TEMA
2.1.
TEMA
T
1.5
Utilización de memorias de solo lectura.
2.2.
Utilización de memorias de acceso aleatorio
(RAM).
1.5
2.3
Selección de circuitos integrados.
4.5
Subtotal
7.5
HORAS
P
3.0
EC
5.0
3.0
5.0
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
3B, 4B, 8B
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
El profesor explicará la utilización de memorias de lectura y de acceso aleatorio ayudado de una presentación
con las TIC.
El profesor explicará la selección de un circuito integrado con la ayuda de un prototipo hecho por él, de una
memoria de datos de navegación automotriz.
El alumno utilizará las tecnologías de la información para realizar un mapa conceptual del uso de circuitos
integrados para memorias de datos de los sistemas automotrices.
El Alumno construirá un prototipo de memoria de solo lectura
El alumno desarrollará la práctica de laboratorio 4.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Examen departamental 40%
Mapa conceptual 10%
Prototipo 20%
Prácticas de laboratorio 30%
Esta unidad se evalúa junto con la unidad I.
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ASIGNATURA:
Interfases y Microcontroladores
N° UNIDAD: III
CLAVE:
HOJA:
6
DE
12
NOMBRE: Arquitectura Interna del Microcontrolador y Manejo de Registros.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
Analizar la arquitectura del microcontrolador, a través de los puertos paralelos y seriales, así como el
manejo de registros para la edición de programas.
T
HORAS
P
EC
Estructura del microcontrolador
3.0
3.0
6.0
Manejo de registros
6.0
Manejo de un programa monitor para la edición de
programas.
4.5
3.0
6.0
No.
TEMA
3.1
3.2
3.3
TEMA
Subtotal
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
13.5
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
5B, 7B, 10C
El profesor explicará la arquitectura de un microcontrolador ayudado de una presentación con las TIC.
El profesor explicará el manejo de registros con un prototipo hecho por él, del control de algunos sistemas
automotrices.
El alumno utilizará las tecnologías de la información para realizar un mapa conceptual del manejo de registros
en microcontroladores.
El Alumno analizará la arquitectura de microcontroladores utilizados en prototipos de control de sistemas
automotrices
El alumno desarrollará la práctica de laboratorio 5.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Examen departamental 40%
Mapa conceptual 10%
Prototipo 30%
Prácticas de laboratorio 20%
Esta unidad se evalúa junto con la unidad IV.
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Interfases y Microcontroladores
ASIGNATURA:
N° UNIDAD:
IV
CLAVE:
HOJA:
7
DE
12
NOMBRE: Programación Básica y Aplicación a Circuitos de Automatización
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
Programar un microcontrolador, a través de las entradas y salidas digitales y las entradas analógicas para
el control de puertos paralelos en la automatización de un proceso.
No.
TEMA
4.1
TEMA
HORAS
P
3.0
Programación básica.
T
4.5
4.2
Salidas digitales.
3.0
4.3
Entradas digitales.
4.5
4.4
Entradas analógicas.
4.5
3.0
4.5
Aplicación a circuitos eléctricos.
6.0
3.0
Subtotal 22.5.0
9.0
EC
5.0
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
5B, 7B, 2C,
6C
5.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
El profesor explicará el código fuente de programación de un microcontrolador ayudado de un software de
un programa monitor.
El profesor programa un prototipo hecho por él, del control de algunos sistemas automotrices.
El Alumno construye un prototipo de adquisición de datos para un sistema automotriz.
El alumno programará un microcontrolador que controle el prototipo del sistema automotriz.
El alumno desarrollará las prácticas de laboratorio 6, 7 8 9 y10.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Examen departamental 30%
Programación de prototipos 10%
Prototipo 20%
Prácticas de laboratorio 40%
Esta unidad se evalúa junto con la unidad III.
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ASIGNATURA:
Interfases y Microcontroladores
N° UNIDAD:
NOMBRE: Aplicación de los Controladores Lógicos Programables en la Automatización.
V
CLAVE:
HOJA:
8
DE
12
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
Diseñar un proceso automático, a partir del sistema de adquisición de datos y de un controlador lógico
programable, para la construcción de un sistema de control automático.
No.
TEMA
TEMA
5.1 Definición y características principales
T
3.0
5.2
Selección de los PLC’s.
4.5
5.3
Programación de un sistema de automatización
de un proceso eléctrico
3.0
Programación de un sistema de automatización
de un proceso electroneumático
3.0
Programación de un sistema de automatización
de un proceso electrohidraúlico
3.0
5.4
5.5
Subtotal
16.5
HORAS
P
3.0
EC
6.0
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
8B, 9B
3.0
6.0
6.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
El profesor explicará la utilización de PLC ayudado de una presentación con las TIC.
El profesor explicará la selección de un PLC con la ayuda de un prototipo hecho por él, de un proceso
automático.
El Alumno conectara el sistema de adquisición de datos con un PLC para el control automático de su
prototipo.
El alumno desarrollará las prácticas de laboratorio 11 y 12.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Examen departamental 40%
Conexión del Prototipo 30%
Prácticas de laboratorio 30%
Esta unidad se evalúa junto con la unidad VI.
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ASIGNATURA:
N° UNIDAD:
Interfases y Microcontroladores
CLAVE:
HOJA:
VI
9
DE
12
NOMBRE: Proyecto Final.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
Desarrollar un circuito de automatización industrial, a partir de un microcontrolador y de un controlador
lógico programable (PLC), para la construcción del prototipo final
No.
TEMA
TEMA
6.1 Planteamiento del proyecto
T
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
Subtotal
HORAS
P
0
9.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
El alumno construye el prototipo de control automático de un sistema automotriz.
El alumno desarrollará la práctica de laboratorio 13.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Examen departamental 30%
Prototipo 50%
Prácticas de laboratorio 20%
Esta unidad se evalúa junto con la unidad V.
EC
6.0
6.0
0
12.0
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
4B, 2C, 3B,
4B, 5B, 6C,
7B, 8B, 9B,
10C
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DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ASIGNATURA:
Interfases y Microcontroladores
CLAVE:
HOJA:
10
DE
12
RELACIÓN DE PRÁCTICAS
PRÁCT.
No.
NOMBRE DE LA PRÁCTICA
UNIDAD
DURACIÓN
1
Realización de un convertidor digital-analógico.
I
1.5
2
Manejo de un convertidor analógico- digital
I
1.5
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 de comunicación con un
microcontrolador.
IV
1.5
IV
1.5
Automatización de un sistema eléctrico con
un microcontrolador.
IV
1.5
10
Automatización
de
un
sistema
electroneumático con un microcontrolador
IV
11
Automatización
de
un
sistema
electrohidráulico con un microcontrolador.
8
9
Utilización de entradas
microcontrolador.
analógicas con un
V
12
Automatización de un sistema eléctrico con
un controlador lógico programable.
V
13
Automatización de un sistema electroneumático
con un controlador lógico programable.
V
Subtotal
1.5
3.0
1.5
1.5
27.0
LUGAR DE REALIZACIÓN
Todas las prácticas se
realizarán
en
el
Laboratorio relacionado,
según
la
Unidad
Académica en que se
imparta.
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Interfases y Microcontroladores
ASIGNATURA:
CLAVE:
HOJA:
11
DE
12
PERÍODO
1
UNIDAD
I y ll
2
III y IV
3
V y VI
Examen departamental 30%
Prototipo 50%
Prácticas de laboratorio 20%
B
La calificación definitiva será la suma de la obtenida en la teoría, en el
laboratorio ; participaciones, mapas conceptuales y prototipos. Siempre y cuando,
la teoría y el laboratorio sean aprobatorios.
C
BIBLIOGRAFÍA
Angulo Usategui, José M. y Angulo Martínez, Ignacio. Microcontroladores
PIC, Diseño Práctico de Aplicaciones. Páginas 440, Ed. McGraw Hill,
México,1999, ISBN: 254662554896.
CLAVE
X
2
3
4
X
5
X
6
X
7
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Examen departamental 40%
Mapa conceptual 10%
Prototipo 20%
Prácticas de laboratorio 30%
Examen departamental 30%
Mapa conceptual 10%
Prototipo 20%
Prácticas de laboratorio 40%
X
HC11 M68HC11. Manual de Referencias. Motorola.
X
Kleitz, William. Digital Electronics a Practical Approach. Páginas 350, Ed.
Prentice Hall, USA, 1998 ISBN: 3362154687.
Mandado, Enrique. Sistemas Electrónicos Digitales. Páginas 655, Ed.
Marcombo. Barcelona, 2000, ISBN: 87462-356.
Maxinez, David G, y Alcalá, Jessica. VHDL El Arte de Programar
Sistemas Digitales. Páginas 259, Ed. Cecsa, México, 2002, ISBN:
98564253564.
Morris M, Mano. Lógica Digital y Diseño de Computadoras. Páginas 490,
ISNB: 698456321536, Ed. Prentice Hall, México, 1997, ISBN: 98564253564.
X
Nelson P. Victor; Nagle H. Troy; Carrol D. Bill e Irwin J. David. Análisis y
Diseño de Circuitos Lógicos Digitales. Páginas 550, Ed. Prentice Hal , México,
1999, ISBN: 3565789952.
8
X
9
X
Remiro Domínguez, Fernando; Gil Padilla, Antonio J y Cuesta García,
Luis M. Lógica Digital y Microprogramable. Páginas 680, Ed. Mc Graw
Hill, México, 1999, ISBN: 894523112456.
10
X
Vyemura P,John. Diseño de Sistemas Digitales, Un Enfoque Integrado.
Páginas 430, Ed. Thomson, España, 2000, ISBN: 78546212356545.
Pellerin, David y Holley, Michael. Practical Desing Using Programmable logic.
Páginas 540, Ed. Prentice Hal , USA 1991, ISBN: 784523569421.
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SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA
1. DATOS GENERALES
ESCUELA:
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
CARRERA:
Ingeniería en Sistemas Automotrices
ÁREA:
Básicas
ACADEMIA:
C. Ingeniería
D. Ingeniería
Sistemas Automotrices
Séptimo
SEMESTRE:
C. Soc. y Hum.
ASIGNATURA:
ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO:
Interfases y Microcontroladores
Licenciatura en Ingeniería en Electrónica, Ingeniería en
Control y Automatización, Ingeniería en Sistemas
Automotrices
2. OBJETIVO DE LA ASIGNATURA:
Construir circuitos de control y automatización con microcontroladores acorde a la arquitectura interna y
la programación del microcontrolador, con la utilización de interfaces, memorias digitales y PLC, para la
solución de problemas de automatización de la industria automotriz.
3. PERFIL DOCENTE:
CONOCIMIENTOS
EXPERIENCIA
PROFESIONAL
HABILIDADES
ACTITUDES
Interfases. Control y
Automatización de
Procesos.
Microcontroladores.
Microprocesadores.
Manejo de lenguaje
ensamblador.
Programación de PLC’s.
3 años en la docencia o Facilidad de comunicación Compromiso social.
Responsabilidad.
experiencia en dar cursos. Manejo de grupo
Ética.
Superación docente y
Motivar al auto estudio el
Desarrollo de proyectos razonamiento y la
profesional.
usando.
Cooperativa
investigación.
microcontroladores,
Investigación
Microprocesadores
y Realizar analogías y
comparaciones en forma
PLC’s.
simple
Paquetería, programación
y diseño computacional.
Desarrollo de interfases.
Manejo de los nuevos
Proyectos de electrónica. modelos educativos y de
las TIC.
ELABORÓ
________________________________
Ing. Guillermo Escarsega Carrera
PROFESOR COLABORADOR
REVISÓ
___________________________________
Ing. Guillermo Santillán Guevara
SUB DIRECTOR ACADEMICO
AUTORIZÓ
DIRECTOR DE LA UNIDAD
M. en C. Jesús Reyes García
FECHA: Agosto 2010